Total, inelastic and (quasi-)elastic cross sections of high energy pA and γ⋆^{⋆} A reactions with the dipole formalism

In order to understand the initial partonic state in proton-nucleus and electron-nucleus collisions, we investigate the total, inelastic, and (quasi-)elastic cross sections in pA and gamma-A collisions, as these observables are insensitive to possible collective effects in the final state interactions. We used as a tool the DIPSY dipole model, which is based on BFKL dynamics including non-leading effects, saturation, and colour interference, which we have extended to describe collisions of protons and virtual photons with nuclei. We present results for collisions with O, Cu, and Pb nuclei, and reproduce preliminary data on the pPb inelastic cross section at LHC by CMS and LHCb. The large NN cross section results in pA scattering that scales approximately with the area. The results are compared with conventional Glauber model calculations, and we note that the more subtle dynamical effects are more easily studied in the ratios between the total, inelastic and (quasi-)elastic cross sections. The smaller photon interaction makes the gamma-A collisions more closely proportional to A, and we see here that future electron-ion colliders would be valuable complements to the pA collisions in studies of dynamical effects from correlations, coherence and fluctuations in the initial state in high energy nuclear collisions

Kísérleti adatok elméleti értelmezése és elméleti jóslatok kisérleti vizsgálata a nagyenergiás nehézion fizikában = Theoretical interpretation of the experimental data and experimental investigation of the theoretical predictions in high energy heavy ion physics

Kutatási eredményeinket 101 kéziratban publikáltuk, 92 folyóiratban, 8 konferencia kötetben jelent meg, 1 pedig konferencia kötet. Legfontosabb eredményeink: A PHENIX kísérlet első 3 évét összefoglaló cikkében megmutattuk, hogy a BNL RHIC nehézion-ütközéseiben olyan tűzgömb keletkezik, ami a korai Világegyetem egyfajta mása, az Ősrobbanás utáni néhány mikromásodpercből. Noha ez a tűzgömb az atommagok már ismert elemi építőköveiből: kvarkokból és gluonokból áll, azonban tulajdonságai eltérnek a várakozástól, mivel nem gyengén kölcsönható kvarkok és gluonok gázaként, hanem sokkal inkább egymással erősen kölcsönható kvarkok és gluonok alkotta folyadékként viselkedik. Ez az eredmény a BRAHMS, a PHOBOS és a STAR kollaboráció értékelésével összhangban áll, és az American Institute of Physics értékelése szerint 2005 során ez volt a legfontosabb eredmény az egész fizika területén. http://www.aip.org/pnu/2005/split/757-1.html Felfedeztük a tökéletesen folyékony tűzgömbök hidrodinamikájának számos szép és új, egzakt megoldását. A Buda-Lund hidrodinamikai modell segítségével a PHENIX, a PHOBOS és a STAR folyási adatokat egybeejtettük egy univerzális skálafüggvénnyel, melynek alakját a tökéletes folyadék hidrodinamika alapján, a mérések előtt sikeresen megjósoltuk. Felfedeztük a kvantumszíndinamika keretein belül a femtométer hosszskálájú, Fullerén típusú szerkezetek létezését, és meghatároztuk a legstabilabb konfigurációk alakját. | Our results were published in 101 manuscripts, 92 appeared in scientific journals, 8 in conference proceedings, 1 is a whole conference proceedings. Our highlights are: At the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), BNL, USA, the four large detector groups - including the PHENIX experiment - agreed, for the first time, on a consensus interpretation of several year?s worth of high-energy ion collisions: the fireball made in these collisions, which is a sort of stand-in for the primordial universe only a few microseconds after the big bang, was not a gas of weakly interacting quarks and gluons as earlier expected, but something more like a liquid of strongly interacting quarks and gluons. This conclusion of PHENIX is in agreement with the evaluation of the BRAHMS, PHOBOS and STAR detectors, and this result was selected by the American Institute of Physics as the Top Physics Story of 2005, http://www.aip.org/pnu/2005/split/757-1.html . We have found a number of beautiful and exact new solutions of perfect fluid hydrodynamics. We have shown, with the help of the Buda-Lund hydrodynamical model, that the PHENIX, PHOBOS and STAR flow data can be collapsed to a universal scaling function, that was predicted successfully by us from perfect liquid hydrodynamics before the publication of data. We have discovered, within the framework of QCD, the existence of novel Fullerene type of structures, and we have determined the shape of the most stable configurations

Nehézionfizikai és részecskefizikai kutatások a PHENIX/ RHIC és a TOTEM/LHC kísérletekben = Nuclear and particle physics research in PHENIX at RHIC and in TOTEM at LHC

2010 februárjában a PHENIX kísérlet együttműködésben publikáltuk a RHIC Au+Au ütközéseiben a direkt fotonok spektrumát. A RHIC Au+Au ütközéseiben már 2005-2007-ben feltárt tökéletes kvarkfolyadék 2010-es eredményünk szerint nem állhat hadronokból. Tehát kísérletileg igazoltuk a kvark-gluon plazma felfedezését a RHIC 200 GeV-es Au+Au ütközéseiben. A kvarkanyag a várakozásokkal ellentétben erősen csatoltnak bizonyult, szinte tökéletesen folyik, leírására a szokásos perturbatív eljárások nem alkalmazhatóak sikeresen. Kiemelkedő eredményünk volt az eta' mezon jelentős tömegmódosulásának felfedezése a RHIC gyorsító 200 GeV-es Au+Au ütközéseiben - ez a világon a leggyorsabban, 10**(-22) sec alatt bekövetkező, kísérletileg felfedezett tömegcsökkenés. Feltártuk a relativisztikus hidrodinamika új, egzakt és explicit megoldási osztályait, melyek segítségével megerősítettük és pontosítottuk a RHIC Au+Au ütközéseiben keletkező új anyag kezdeti hőmérsékletének és energiasűrűségének értékét és pontos értéket adtunk a közegbeli hangsebességre is. Új módszerünk alkalmazásával 2011-ben közöltük a CERN LEP L3 kísérletének adataiból készült filmfelvételünket, mely a világ legrövidebb ismert filmfelvétele lett, mivel a képsorozat 10**(-24) sec alatt véget ér. Lezártuk a TOTEM kísérlet építési szakaszát, és sikeresen publikáltuk a diffraktív p+p szórás differenciális hatáskeresztmetszetét az LHC sqrt(s) = 7 TeV-es energiáján. | In the PHENIX collaboration, the direct photon spectrum was measured in 200 GeV Au+Au collisions at RHIC. This 2010 paper proved, that the perfect fluid of quarks, found in the 2005-2007 period, cannot be explained in terms of hadrons because the initial temperature is larger than the Hagedorn limit. This result completes the proof of discovery of a quark-gluon plasma in 200 GeV Au+Au collisions. Surprizingly, this quark-matter is found to flow nearly perfectly and it cannot be successfully described using perturbative calculations. We reported a significant modification of the mass of the eta' meson in 200 GeV Au+Au collisions at RHIC. This is the fastest mass drop ever seen experimentally: it appears in less than 10**(-22) sec. We discovered new, explicit classes of exact solutions of relativistic hydrodynamics. We applied them to a precise determination of the initial temperature, the energy density and the speed of sound of the strongly interacting quark-gluon plasma in Au+Au collisions at RHIC. With our new method, we published a femtoscopic analysis of CERN LEP experiment L3 data. This study resulted in the fastest movie ever made by man: the sequence of pictures about this elementary particle reaction ends in less than 10**(-24) sec. We have completed the construction phase of the CERN LHC experiment TOTEM and we successfully published the differential cross-section in diffractive p+p collisions at sqrt(s) = 7 TeV energies

Ionsugaras módszerek a fizikai nanotechnológiában (IONNANO) = Ion beam modifications in near-to-physics nanotechnology

Témavezeto: Gyulai József - SiO2 mátrixban Si, Pd-Pt és SiC, valamint SiC-ben gyémánt nanokristályokat állítottunk elő és minősítettünk. - Szén nanocsöveket Ar+ ionokkal besugározva, ponthibákat, kiemelkedő klasztereket és szuperstrukturákat figyeltünk meg. - Ellipszometriával mértük a szilíciumkarbidban ionimplantációval létrejövő roncsoltságot. - Az ionsugaras kutatásaink alapján eljárást fejlesztettünk ki, amellyel külön-külön detektálható a Si-, valamint a C-alrács károsodása. - Ezzel sikerült megbecsülni a He ion c-tengelyi csatorna irányú és random irányú energiaveszteség arányát. - Optikai modelleket fejlesztettünk ferroelektromos anyagok mérésére, valamint továbbfejlesztettük a rácskárosodás ellipszometriai modelljét. - Extrém kis energiájú ionok folyamatainak kutatása a porlasztást alkalmazó felületvizsgáló módszerek kvantifikálását célozta: - új ionkeveredési mechanizmust javaslunk birétegekre - Molekula-dinamikai szimulációnkat kiterjesztettük több ion szukcesszív becsapódásának a vizsgálatára a Ti/Pt kettősrétegben. - Súrlódó beesésnél a szén porlasztási sebessége nagyobb, mint a fémeké. - Kerámiák nanoszerkezetének módosítása témában kiemelkedő eredményünknek tartjuk, hogy a világon elsőként nekünk sikerült előállítani karbon nanocső - szilícium-nitrid kompozitot, amelyben a nanocsövek nem degradálódnak a szinterelés során. | Principal investigator: Gyulai József - Nanocrystals were prepared and characterized: Si in SiO2, Pd-Pt, SiC in Si, and diamond in SiC. - Argon ion irradiation of carbon nanotubes resulted in point defects, clusters and superstructures, as detected with atomic resolution AFM. - Ellipsometry proved itself as efficient method to study radiation damage in SiC. - New version of ion beam analysis applied to implanted SiC allowed us to detect the damage of the carbon and silicon sublattice separately - With defects as markers, ratio of channeled to random stopping power of He ions could be deduced. - Optical model was developed for ellipsometry allowing also characterization of ferroelectric (high-k) materials. - Modeling and experimental studies of damaging and sputtering processes at impact of extreme low-energy resulted in better quantification of surface analysis techniques (Auger profiling): - MC simulation of bilayers led us to a new model of ion beam mixing. - MD simulations were extended to multiple ion impact on Ti/Pt bilayers. - Sputtering coefficient of carbon was found (and modeled) to be higher than that of a metal for sputtering at glancing angle incidence. - Nanostructure of ceramic materials, firstly, of Si3N4, resulted in the first Si3N4-carbon nanotube nanocomposite, where the nanotubes will not degrade during high-temperature sintering

Heavy-quark production and elliptic flow in Au + Au collisions at √sNN=62.4 GeV

We present measurements of electrons and positrons from the semileptonic decays of heavy- flavor hadrons at midrapidity (|y| < 0.35) in Au+Au collisions at √sN N = 62.4 GeV. The data were collected in 2010 by the PHENIX experiment that included the new hadron-blind detector. The invariant yield of electrons from heavy-flavor decays is measured as a function of transverse momentum in the range 1 < pe T < 5 GeV/c. The invariant yield per binary collision is slightly enhanced above the p+p reference in Au+Au 0%–20%, 20%–40% and 40%–60% centralities at a comparable level. At this low beam energy this may be a result of the interplay between initial-state Cronin effects, final-state flow, and energy loss in medium. The v2 of electrons from heavy-flavor decays is nonzero when averaged between 1.3 < pe T < 2.5 GeV/c for 0%–40% centrality collisions at √sN N = 62.4 GeV. For 20%–40% centrality collisions, the v2 at √sN N = 62.4 GeV is smaller than that for heavy flavor decays at √sN N = 200 GeV. The v2 of the electrons from heavy-flavor decay at the lower beam energy is also smaller than v2 for pions. Both results indicate that the heavy-quarks interact with the medium formed in these collisions, but they may not be at the same level of thermalization with the medium as observed at √sN N = 200 GeV

Forward J/ψ production in U + U collisions at √sNN =193 GeV

The invariant yields for $J/\psi$ production at forward rapidity $(1.2<|y|<2.2)$ in U$+$U collisions at $\sqrt{s_{_{NN}}}$=193 GeV have been measured as a function of collision centrality. The invariant yields and nuclear-modification factor $R_{AA}$ are presented and compared with those from Au$+$Au collisions in the same rapidity range. Additionally, the direct ratio of the invariant yields from U$+$U and Au$+$Au collisions within the same centrality class is presented, and used to investigate the role of $c\bar{c}$ coalescence. Two different parameterizations of the deformed Woods-Saxon distribution were used in Glauber calculations to determine the values of the number of nucleon-nucleon collisions in each centrality class, $N_{\rm coll}$, and these were found to give significantly different $N_{\rm coll}$ values. Results using $N_{\rm coll}$ values from both deformed Woods-Saxon distributions are presented. The measured ratios show that the $J/\psi$ suppression, relative to binary collision scaling, is similar in U$+$U and Au$+$Au for peripheral and midcentral collisions, but that $J/\psi$ show less suppression for the most central U$+$U collisions. The results are consistent with a picture in which, for central collisions, increase in the $J/\psi$ yield due to $c\bar{c}$ coalescence becomes more important than the decrease in yield due to increased energy density. For midcentral collisions, the conclusions about the balance between $c\bar{c}$ coalescence and suppression depend on which deformed Woods-Saxon distribution is used to determine $N_{\rm coll}$