高能核物理实验研究计划 许怒 华中师范大学

研究 量子色动力学(QCD)相结构 3 1 2 1 2 3 Large μB NICA, FAIR, CSR Tini, TC LHC, RHIC TE RHIC, SPS 2 LHC+RHIC QGP的性质 √sNN ~ few TeV NICA/FAIR QCD相结构 √sNN ≤ 12 GeV 1 2 3 Partonic Matter Hadronic Matter RHIC BES-II QCD相结构& 临界点 √sNN ≤ 20 GeV CSR CEE 高重子密度下的QCD相结构 √sNN ~ few GeV Emergent properties of QCD matter

华师高能核物理实验团队 RHIC STAR 国际合作组 LHC ALICE 国际合作组（2009 － ) FAIR CBM 国际合作组 （1999 － ） 刘峰： 李志明，罗晓峰＊，施疏苏，孙向明，吴元芳，许怒 ＋ 7研究生 LHC ALICE 国际合作组（2009 － ) 硅探测器实验室： 黄光明, 孙向明,王东 ＋ 7研究生 FAIR CBM 国际合作组 (2018 - ) 周代翠： 蔡勖，裴华，王东，王亚平，殷中宝，张晓明＊ ＋ 12研究生 CSR CEE 中国合作组 ( 2013 ?- ) 团队高能核物理理论

三年研究计划 硬探针： 2）集体运动： 3）涨落： －光子－强子关联 －光子－喷注关联 －重味，光子椭圆流 －多奇异强子椭圆流 LHC - ALICE RHIC - STAR FAIR-CBM CSR-CEE 2013 1）完成重味μ椭圆流的 研究 2）完成PID粒子的椭圆流 的研究 3）完成孤立光子－强子关 联的研究 4）PHOS FEE生产和测试， DCAL刻度安装测试 完成ϕ,Ω v2的研究 完成净质子涨落的研究 开始做HFT刻度，分析 开始D-meson v2分析的准备 唯象模型计算及与实验比较 1）参加CBM R&D 讨论 2）物理唯象模 型计算（s-,c-quark） 1）申请CEE项 目 型计算 2014 1）完成中性π的流研究 2）完成光子－强子，π0－ 强子关联的研究 3）发表K0s, Λ多重数依 赖的研究 4）光子－喷注分析 做D-meson v2分析 掌握最新硅探测器技术 ）1）参加CBM R&D讨论 1）CEE项目探 测器的R&D 2015 1）完成奇异，多奇异三 角流的研究 2）完成W-μ的研究 3）光子－喷注分析 4）研究pA实验结果 做HFT刻度，分析 2）准备参加 CBM的申请 1） CEE项目探测器的R&D和模拟 2）开始CEE项目探测器的建造及准备 2016-2019 LHC5.5GeV实验结果研究 研究BES-II实验结果 申请参加CBM实验 CEE探测器的建造 硬探针： －光子－强子关联 －光子－喷注关联 2）集体运动： －重味，光子椭圆流 －多奇异强子椭圆流 3）涨落： － 净质子高阶矩

LHC ( √sNN ~ 0.9 – 5.5 TeV )

ALICE at LHC Chinese Contributions* ITS Upgrade: 1) ~$20M (？) (Central China Normal University, China Institute Atomic Agency) ITS Upgrade: 1) ~$20M (？) 2) Complete 2018 DCal: 1) $5M (0.78M*) 2) Complete 2013 PHOS FEE: 1) $17M (1.5M*) 2) Completed 2013 关键物理: 小重子密度，μB ~ 0，区域的QGP性质

FONLL calculation from M. Cacciari et. al. 华中师大在ALICE实验中的贡献 （为主发表两篇文章） 7 TeV p-p碰撞中的重味-μ 产生截面 2.76 TeV 铅-铅中重味-μ谱压低测量 pt>6 GeV/c FONLL calculation from M. Cacciari et. al. PLB 708 (2012) 265 PRL 109, 112301 (2012) 检验QCD预言 探测重夸克压低效应及辐射能量损失

RHIC ( √sNN ~ 5 - 200 GeV )

STAR at RHIC 关键物理: - QGP 性质 - QCD 相结构 Barrel MRPC MTD: 1) $2.8M (0.8*) 1) Central China Normal University, 2) Institute of Modern Physics, 3) Shandong University, 4) Shanghai Institute of Applied Physics, 5) Tsinghua University, 6) University of Science and Technology of China Barrel MRPC MTD: 1) $2.8M (0.8*) 2) 2014 Barrel MRPC TOF: 1) $4.3M (2.3*) 2) Completed 2010 Si-Pixel HFT: 1) $16.5M (1.5*) 2) 2014 Detector operation Data calibration, analysis, publications PWG co-conveners Future upgrades and eRHIC HLT: ~ $4M (0.5*)

HFT: Charm Hadron v2 and RAA 200 GeV Au+Au m.b. collisions (500M events). - Charm hadron collectivity  drag/diffusion constants  Medium properties! Light quark thermalization! 200 GeV Au+Au m.b. collisions (|y|<0.5 500M events) Charm hadron RAA  - Energy loss mechanism! - QCD in dense medium! Hydro model: Pasi Huovinen, private communication, January 2008. Just to remind you: these calculations were done using my "standard" set of parameters: initial time 0.6 fm/c, first order phase transition at T_c=165 MeV, chemical equilibrium all the way until until kinetic freeze-out, freeze-out at T_f=130 MeV reproduces pion spectra and (anti)proton p_T-slope, initial profiles as a combination of participant and binary collision scaling.

Net-proton Higher Moments BES-II RHIC BES-I STAR: X.F. Luo, QM2012 STAR net-proton results: All data show deviations below Poisson beyond statistical and systematic errors in the 0-5% most central collisions for κσ2 and Sσ at all energies. Larger deviation at √sNN ~ 20GeV UrQMD model show monotonic behavior Higher statistics needed for collisions at √sNN < 20 GeV STAR Preliminary

CSR ( √sNN ~ 0.5 - 1 GeV ) 1）利用当前最新技术在中国已有的大型重离子加速器HIRFL-CSR 上建设一个高能重离子物理研究实验平台 2) 在高能核物理领域建立一支由高校－中科院研究所密切结合的 优秀科研团队 3) 为国家中长期高能核物理, 核探测技术发展及其应用做贡献

HIRFL-CSR 重离子束流 N SSC SFC CSRe RIBLL2 RIBLL1 CSRm SFC:  10 AMeV (H.I.),17~35 MeV (p) SSC: 100 AMeV (H.I.), 110 MeV (p) CSRm: 1000 AMeV (H.I.), 2.8 GeV (p) RIBLL1: 几十AMeV RIBs RIBLL2: 百AMeV RIBs CSRe: 冷却储存环 RIBLL2 RIBLL1 N 外靶实验 装置(CEE)

CEE 概念性设计 低温高密核物质测量谱仪（CEE） 关键物理 (2016-2018): 1) 高重子密度下的QCD相结构 二极磁铁 多丝漂移室 飞行时间探测器 零度角量能器 硅径迹探测阵列 (STA) T0探测器 靶 重离子束 内飞行时间探测器 内时间投影室 iTPC-上区 时间投影室 iTPC-下区 时间投影室 3）新型电子计算机技术运用于数据获取系统。 关键物理 (2016-2018): 1) 高重子密度下的QCD相结构 2) 培养下一代核物理科学家

小结 利用国际国内大型加速器和探测器，研究QCD自由度下的相结构。QGP的性质，临界点和相边界是研究的重点。 利用理论团队的优势，深入理解物理结果。 培养、引进优秀青年人才，扩展壮大高能核物理实验队伍。 促进建立国内高能核物理实验基地。 华师“教育部夸克轻子重点实验室”“国家重点实验室”，建设成有影响力的国际合作中心。

国际国内 实验理论 协同创新 再造辉煌

Goals for Si Laboratory at CCNU (SLAC) (5-10 years) Solid detector is the future: small, efficient, wide applications 1) High Energy Physics: - LHC: ALICE-ITS upgrade (2018 - ) - RHIC: STAR-HFT upgrade (2014 - ) - FAIR: CBM-STAS (2020 - ) - CSR: CEE-STA (?? - ) 2) Applications: - Medical imagine - High tech industry - Many others …

LePIX: monolithic detectors in advanced CMOS Monolithic Pixels – Le Pix Scope: Develop monolithic pixel detectors integrating readout and detecting elements by porting standard 90 nm CMOS to wafers with moderate resistivity. Reverse bias of up to 100 V to collect signal charge by drift Key parameters: Very large signal to noise ratio Low power (target) < 30mW / cm2 Fast processing: full matrix readout at 40MHz Track in telescope of 4 planes (beam test at PSI – Nov 2011)

MIC-I (MAPS in CCNU) MIC-I的照片和原理图: MIC-I是模拟输出的MAPS（Monolithic Active Pixel Sensors）芯片，电荷收集二极管大小为5微米X 5微米，像素大小20微米X 20微米阵列32X32,扫描速率为40MHz。总面积约2.5毫米X2毫米。已流片生产。

MIC-II MIC-II的照片和原理图: MIC-II是模拟数字混合输出的MAPS（Monolithic Active Pixel Sensors）芯片，电荷收集二极管大小为10微米X10微米，像素大小40微米X 40微米,阵列16X16,扫描速率为40MHz。总面积约2.5毫米X2毫米。能输出入射粒子的时间信息。

Outlook: Heavy Flavor Tracker at STAR SSD IST PXL HFT Magnet Return Iron FGT EAST Identify heavy flavor hadron directly Precision measurement HF hadron energy loss and collectivity Solenoid WEST

STAR Physics Focus Polarized p+p Program - proton intrinsic properties STAR Decadal Plan + 2020 - eRHIC (eSTAR) Small-x Physics Program - Low-x properties, initial condition, CGC - Elastic and inelastic processes in pp2pp 1) At 200 GeV at RHIC - Deconfinement* & medium properties, EoS - pQCD in hot and dense medium 2) RHIC Beam Energy Scan (BES-I) - QCD phase structure*: phase boundary & critical point - Chiral symmetry restoration* * Holy Grail for the physics of high-energy nuclear collisions