TB
T. Burton
Author with expertise in Search for Quark-Gluon Plasma in Heavy-Ion Collisions
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Electron-Ion Collider: The next QCD frontier

Alberto Accardi et al.Sep 1, 2016
This White Paper presents the science case of an Electron-Ion Collider (EIC), focused on the structure and interactions of gluon-dominated matter, with the intent to articulate it to the broader nuclear science community. It was commissioned by the managements of Brookhaven National Laboratory (BNL) and Thomas Jefferson National Accelerator Facility (JLab) with the objective of presenting a summary of scientific opportunities and goals of the EIC as a follow-up to the 2007 NSAC Long Range plan. This document is a culmination of a community-wide effort in nuclear science following a series of workshops on EIC physics over the past decades and, in particular, the focused ten-week program on “Gluons and quark sea at high energies” at the Institute for Nuclear Theory in Fall 2010. It contains a brief description of a few golden physics measurements along with accelerator and detector concepts required to achieve them. It has been benefited profoundly from inputs by the users’ communities of BNL and JLab. This White Paper offers the promise to propel the QCD science program in the US, established with the CEBAF accelerator at JLab and the RHIC collider at BNL, to the next QCD frontier.
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Systematic measurements of identified particle spectra in pp , d+Au , and 

B. Abelev et al.Mar 24, 2009
Identified charged-particle spectra of ${\ensuremath{\pi}}^{\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}}$, ${K}^{\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}}$, $p$, and $\overline{p}$ at midrapidity ($|y|<0.1$) measured by the $\mathit{dE}/\mathit{dx}$ method in the STAR (solenoidal tracker at the BNL Relativistic Heavy Ion Collider) time projection chamber are reported for $\mathit{pp}$ and $d+\mathrm{Au}$ collisions at $\sqrt{{s}_{\mathit{NN}}}=200$ GeV and for $\mathrm{Au}+\mathrm{Au}$ collisions at 62.4, 130, and 200 GeV. Average transverse momenta, total particle production, particle yield ratios, strangeness, and baryon production rates are investigated as a function of the collision system and centrality. The transverse momentum spectra are found to be flatter for heavy particles than for light particles in all collision systems; the effect is more prominent for more central collisions. The extracted average transverse momentum of each particle species follows a trend determined by the total charged-particle multiplicity density. The Bjorken energy density estimate is at least several GeV/${\mathrm{fm}}^{3}$ for a formation time less than 1 fm/$c$. A significantly larger net-baryon density and a stronger increase of the net-baryon density with centrality are found in $\mathrm{Au}+\mathrm{Au}$ collisions at 62.4 GeV than at the two higher energies. Antibaryon production relative to total particle multiplicity is found to be constant over centrality, but increases with the collision energy. Strangeness production relative to total particle multiplicity is similar at the three measured RHIC energies. Relative strangeness production increases quickly with centrality in peripheral $\mathrm{Au}+\mathrm{Au}$ collisions, to a value about 50% above the $\mathit{pp}$ value, and remains rather constant in more central collisions. Bulk freeze-out properties are extracted from thermal equilibrium model and hydrodynamics-motivated blast-wave model fits to the data. Resonance decays are found to have little effect on the extracted kinetic freeze-out parameters because of the transverse momentum range of our measurements. The extracted chemical freeze-out temperature is constant, independent of collision system or centrality; its value is close to the predicted phase-transition temperature, suggesting that chemical freeze-out happens in the vicinity of hadronization and the chemical freeze-out temperature is universal despite the vastly different initial conditions in the collision systems. The extracted kinetic freeze-out temperature, while similar to the chemical freeze-out temperature in $\mathit{pp}$, $d+\mathrm{Au}$, and peripheral $\mathrm{Au}+\mathrm{Au}$ collisions, drops significantly with centrality in $\mathrm{Au}+\mathrm{Au}$ collisions, whereas the extracted transverse radial flow velocity increases rapidly with centrality. There appears to be a prolonged period of particle elastic scatterings from chemical to kinetic freeze-out in central $\mathrm{Au}+\mathrm{Au}$ collisions. The bulk properties extracted at chemical and kinetic freeze-out are observed to evolve smoothly over the measured energy range, collision systems, and collision centralities.