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Mesure du J/  au RHIC

Mesure du J/  au RHIC. Catherine Silvestre CEA Saclay Etretat 2007 19 Septembre 2007. Motivations Mesures Resultats Perspectives. Motivations. e - /  -. e + /  +. Heavy quarkonia. J/  : quarkonia lourd formé d’une paire cc.

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Mesure du J/  au RHIC

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  1. Mesure du J/ au RHIC Catherine Silvestre CEA Saclay Etretat 2007 19 Septembre 2007

  2. MotivationsMesuresResultatsPerspectives

  3. Motivations e-/- e+/+ Heavy quarkonia • J/ : quarkonia lourd formé d’une paire cc • La masse des quarks lourds est un paramètre externe de la QCD • Perte d’énergie différente des quarks légers. Sa suppression et la sensibilité au flow sont des informations clés sur les propriétés du milieu. pendant les premières collisions de partons via la fusion de gluon • HERA-B: (χc→J/X )~21±5% • (’→J/X)~7±0.4% • La suppression ou l’augmentation de la production de J/ révèle des caractéristiques critiques du milieu. • Sensible à la formation d’un plasma de quarks et gluons via l’écrantage de couleur. • Temperature de dissociation: • c et ’: Td ~ 1.1 Tc • J/ : Td ~ 1.5 à 2 Tc

  4. Le J/  dans le milieu c c D- D+ J/y • J/ observé, mixture de la production directe et du feed-down • Sensible aux effets de la matière nucléaire froide • Shadowing/anti-shadowing (modifications des fonctions de distributions de partons) • Saturation de gluons (CGC) • Perte d’énergie partonique • Effet Cronin (diffusion inélastique initiale partonique) • Absorbtion nucléaire normale • Interraction avec les co-movers hadroniques • Sensible aux effets de la matière nucléaire froide • Sensible aux effets du milieu dense et chaud • Dissociation séquencielle • Recombinaison à partir de paires charmées décorrélées • flow • Ecrantage de couleur

  5. Mesures(surtout PHENIX)

  6. Le détecteur PHENIX Central arm hadrons; photons; electrons p>0.2 GeV/c |y|<0.35 DF=p J/ e+e- Muon arms p>2 GeV/c |y| E [1.2,2.4] DF=2p J/ m+m- Global detectors (BBC, ZDC) Provide vertex position and collision centrality

  7. Mesure du J/ vers l’avant J/ m+m- Absorber frontal pour arrêter les hadrons MuTR: 3 stations de chambres à cathodes strippées avec un champ magnétique radial pour mesurer l’impulsion MuID: 5 plans de détection planes (X et Y) et un absorbeur pour sélectionner les muons et déclencher

  8. Mesure du J/ à rapidité centrale J/ e+e- Chambre à dérive pour mesurer l’impulsion RICH et EMCal pour identifier les électrons et déclencher (level1 et offline-level2)

  9. Masse invariante di-lepton (2005 p+p) J/ e+e- résolution: ~35 MeV coups: ~1500 J/ J/+- résolution: ~170 MeV coups: ~8000 J/ • Bruit de fond combinatoire soustrait part “event mixing” • Ajustements • Gaussienne pour le pic de masse • Exponentielles pour le bruit de fond physique (désintégration de saveurs lourdes et/ou Drell-Yan) • Le nombre de J/ est la moyenne des fits • La dispersion est incoluse dans les erreurs systématiques.

  10. Signal Run7 [1/2] • J/e+e- • Pour ~60 b-1 (~8%) • En extrapolant donnera ~5,000 J/  ee ou plus pour la luminosité du run merci à Ermias Atomssa

  11. Signal Run7 [2/2] • J/ + - • Pour ~60 b-1 (~8%) • En extrapolant donnera ~16,000 J/   pour le run

  12. Le J/ dans STAR • 200 GeV p+p from 2005 • Trigger testé et en fonctionnement pour p+p • Pas de trigger pour AuAu jusqu’au ToF complet en 2009 • Signal en Au+Au avec la TPC seule • Comtamination hadronique importante • Besoin de tout l’EMC J/e+e- Au+Au √sNN=200 GeV STAR Preliminaire STAR Preliminaire J/e+e- p+p √s=200 GeV

  13. Classes de centralité Compteur beam beam pour compter les particules chargées vers l’avant Calorimètres à zéro degrépour compter les neutrons spectateurs En fonction du run, utilisation du BBC seul ou du BBC+ZDC Très périphérique 80 - 92.2% <Npart> = 6.3 ± 1.2 <Ncoll> = 4.9 ± 1.2 Très centrale 0 - 5 % < Npart > = 351.4 ± 2.9 < Ncoll > = 1065 ± 105 Ncol : nombre de collisions binaires N-N inélastiques Npart : nombre de nucléons qui participent aux collisions inélastiques La centalité est associée à Npart, Ncol ou b en utilisant une simulation basée sur un modèle de Glauber et la réponse des détecteurs.

  14. Resultats Pour étudier le J/: - référence avec les mesures en p+p - controler les CNM par exemple en étudiant les collisions d+A - extrapoler les CNM à A+A - mesurer la produciton de J/ enA+A

  15. Production du J/ dans les collisions p+p

  16. Collisions p+p: référence [1/2] Run 2005 p+p √s=200GeV : Phys. Rev. Lett. 98, 232002 (2007) Section efficace totale Normalisation du rapport de modification nucléaire: Comprendre les méchanisme de production du J/ (CSM/COM?) Absorbtions initiales et finales fonction du mécanisme de formation du J/ BR•pp(J/)=178±3stat±53sys±18normnb Section efficace totale s’ajuste à PYTHIA NLO

  17. Collisions p+p: référence [2/2] <pT2>=3.59±0.06±0.16 <pT2>=4.14±0.18 +0.30-0.20 pT (GeV/c) 8 2 4 vs pT vs rapidité Pas de modèle valable pour toutes les variables simultanément: section efficace, rapidité (RHIC), polarization (E866)

  18. Production du J/ dans les collisions d+Au Effets nuléaires froids

  19. RdA vs Rapidité Low x2 ~ 0.003 (shadowing region) xAu xd J/ Sud y < 0 rapidity y xAu xd J/ Nord y > 0 y<-1.2: grand xAu~0.090 y~0: intermédiaire xAu~0.020 y>1.2: petit xAu ~0.003 Run 2003 d+Au √s=200GeV : Phys. Rev. Lett. 96, 012304 (2006) • Shadowing modeste • EKS (*) favorisé • Faible absorption nucléaire • σ(J/ψ+N→X) ~ 1-3mb Normalisé à Run3p+p (*) Eskola, Kolhinen, Salgado Eur. Phys. J. C9 (1999) 61 x2 :momentum fraction of gluon in nucleus

  20. Production du J/ dans les collisions Au+Au

  21. RAA vs Npart 1 1 Bar: uncorrelated error Bracket : correlated error 0 1 RAA(1.2<|y|<2.2)/RAA(|y|<0.35) 0 Run 2004 Au+Au √s=200GeV : Phys. Rev. Lett. 98, 232301 (2007) • Suppression observée atteint ~0,2 • Cu+Cu préliminaire • Suppression plus importante vers l’avant avant/centrale~0.6 pour Npart>100 RAA Au+Au final (nucl-ex/0611020) Cu+Cu prelim (nucl-ex/0510051)

  22. Extrapolation effets froids • Modélisation des effets froids basée sur 1-3mb d’absorption et du shadowing(R. Vogt, Acta Phys. Hung. A25 (2006) 97-103) • Modèle de Glauber + symétrie en rapidité des données d+Au(R. Granier de Cassagnac, hep-ph/0701222) - RAA(±y) = RdA(-y)xRdA(+y) - Référence différente pour Au+Au et d+Au => err. globale sur le RdAu doit etre prise en compte =>globales systematiques totales ~ 35% (30%) Suppression > effets froids Besoin d’améliorer notre connaissance des CNM: Run d+Au! Bar : stat. + uncorrelated syst. errors Box : correlated syst. errors

  23. Suppression et rapidité No recombination All recombination RMS 1.32±0.06 RMS 1.30±0.05 RMS 1.40±0.04 RMS 1.43±0.04 nucl-ex/0611020 • Les données montrent une faible diminution de la RMS avec la centralité qui augmente La recombinaison prédit une distribution de la rapidité plus étroite lorsque Npart augmente Thews & Mangano, PRC73 (2006) 014904c Challenge modèles basés sur la densité locale

  24. Comparison avec SPS • Comparaison entre RHIC et SPS est delicate • Prise en compte des effets nucléaires froids (differents SPS/RHIC • RAA (y~0) ~ RAA (SPS) • Or √sNN,SPS < √sNN,RHIC • Et 0<ysps<1 • Barres d’erreurs importante à RHIC • Erreur de normalisation de ~10% à SPS Err. Glo = 7% Err. Glo = 12% Scomparin (proc. QM06) : nucl-ex/0703030

  25. RHIC vs modèles valables au SPS • Extrapolation aux énergies de RHIC des modèles de suppression en accord avec les données de NA50 • Suppression opposée vs rapidité • Allure de la suppression ne correspond pas aux données à rapidité centrale Dissociation by thermal gluons (R. Rapp et al., nucl-th/0608033 Nu Xu et al., Phys.Rev.Lett. 97 (2006) 232301) Dissociation by comovers (Capella et al., hep-ph/0610313) • Recombinaison au RHIC ?

  26. <pT2> vs Npart et Ncol Peu de dépendance du <pT²> avec la centralité La recombinaison prédit une distribution en pT plus étroite avec une centralité qui augmente,et donc un <pT²> plus petit. No recombination Dur de conclure: - le modèle utilisé pour produire les courbes se base sur Run 3 p+p <pT²> vs d+Au <pT²> - besoin de mieu comprendre les méchanismes de formation du charm With recombination Thews, Eur.Phys.J. C43 (2005) 97, Phys.Rev. C73 (2006) 014904 (et communications privées).

  27. Comparaison données/modèles • Suppression + recombinaison: plus proches des données • R. Rapp(for y=0) PRL 92, 212301 (2004) • Thews (for y=0) Eur. Phys. J C43, 97 (2005) • Nu Xu et al. (for y=0) nucl-th/0608010 • Bratkovskaya et al. (for y=0) PRC 69, 054903 (2004) • A. Andronic et al. (for y=0) nucl-th/0611023 - Recombinaison est tres mal contrainte pour l’instant car se base sur σcc mal connu à RHIC Comparaisons à d’autres variables attendues

  28. RAA vs rapidité: CGC et recombinaison =0 nucl-ex/0611020 =2 RAA(y~1.7) RAA(y~0) K. Tuchin :hep-ph/0402298 • Color Glass Condensate • le CGC prédit un taux plus grand de mésons charmés à rapidité centrale (mais peut etre pas pour le J/) • Nécesité de prédiction quantitatives pour le J/ en d+Au et Au+Au pour conclure • Recombinaison • Grande densité de charm au RHIC • 10 à 20 pour les collisions central* • Recombinaison pour repeupler la rapidité centrale et les bas pT • Attenue la suppression à rapidite 0 • Pourait etre testé avec la distribution en pT (*) S. S. Adler et al. PRL 94 (2005) 082301

  29. Test de la fonte séquentielle SPS overall syst ~10% 0 = 1 fm/c used here PHENIX overall syst~12%& ~7% KKS(*) • Les derniers résultats de L-QCD sugèrent: • Pas de suppression du J/ pour T<1.5Tc (≳10GeV/fm3); complète seulement pour T>2.5Tc • ’ et χc commencent à fondre à 1.1Tc (possible à RHIC) • Est ce que la suppression vu au RHIC & SPS ne vient que du feed-down des états excités? • Probabilité de survie • RAA/CNM • RHIC : σCNMabs = 1mb • SPS : σCNMabs = 4.18mb • Attention • τ0= 1fm/c trop pour RHIC? • Contribution des effets froids à RHIC mal contrainte ! (*) Karsch, Kharzeev, Satz, PLB 637 (2006) 75

  30. Perspectives

  31. Le J/ au RHIC • Premières observations d’une suppression du J/ en rapidité centrale et vers l’avant à 200 GeV • Solide référence p+pavec le Run5 • Manque de statistique en d+Au pourcontraindre suffisamment les effets nucléaires froids • Suppression > aux effets nucléaires froids pour Npart>200 • Comparaison aux modèles • Indice de la fonte directe du J/ au RHIC ? • Feed-down pas mesuré aux énergies du RHIC • A plus basse énergie, grande déviation entre les expériences • Plus de suppression vers l’avant plutôt qu’à rapidité centrale • Interaction avec co-movers hadronique/partonique • CGC ? Pour l’instant aucun modèle ne décrit simultanément les données en fonction de Npart, pT et y, à rapidité centrale et vers l’avant.

  32. A venir • Données finales pour Cu+Cu • Précision améliorée pour la région Npart<100 • Run 7 : Au+Au avec luminosité x3+ plan de réaction • Devrait permettre la mesure du flow elliptique du J/ non nul si la composante recombinaison est importante • + de précisions • Plus grande couverture en pT • Run 8 : d+Au (stat x10?) amélioration de notre connaissance des effets nucléaires froids à RHIC • >2010: upgrade de la luminosité du RHIC, et de PHENIX • Mesure directe du charme ouvert • Mesure du ’, c, 

  33. Résultat attendu sur le v2 du J/ J/ From Tony Frawley, heavy PWG, Jan 4th Yan,Zhuang,Xu nucl-th/0608010 • Flow elliptique: phenomène collectif, transforme l’anisotropie spacial initiale de la région de collision en anisotropie d’impulsion • Les électrons provenant des désintégration de méson à quarks c et b ont un flow elliptique non nul. • Recombinaison => elliptique flow du J/ non nul

  34. Backup

  35. SPS Results J/ • NA50 observed anomalous J/psi suppression • NA60 results are consistent with NA50.

  36. Comparing RHIC to SPS Suppression results NA50 at SPS (0<y<1) PHENIX at RHIC (|y|<0.35) PHENIX at RHIC (1.2<|y|<2.2) NA50 at SPS (0<y<1) PHENIX at RHIC (|y|<0.35) PHENIX at RHIC (1.2<|y|<2.2) NA50 at SPS (0<y<1) PHENIX at RHIC (|y|<0.35) NA50 at SPS (0<y<1) NA50 (0<y<1) NA50 (0<y<1) NA50 (0<y<1) Bar: uncorrelated error Bracket : correlated error Global error = 12% and Global error = 7% are not shown Bar: uncorrelated error Bracket : correlated error Global error = 12% is not shown Normalized by NA51 p+p data with correction based on Eur. Phys. J. C39 (2005) : 355 • After removing the CNM effect, differences start to show-up. • suppression at SPS consistent with the melting of psi’ and chi_c? • Need more precise d+Au measurements • Suppression pattern similar in RHIC and SPS. • CNM effect not removed yet.

  37. J/ yield as a function of transverse momentum Measurement from 2005 p+p (hep-ex/0611020) Fit using: p0.[1+ (pt/p1)2]-6 Mean square transverse momentum: J/ e+e-: <pT2> = 4.25  0.24  0.14 (GeV/c)2 J/+-: <pT2> = 3.57  0.06  0.15 (GeV/c)2

  38. Nuclear modification factor vs rapidity in Au+Au Measurement from 2004 Au+Au (nucl-ex/0611020) Peripheral collisions: no modification of the rapidity distribution with respect to p+p collisions Central collisions: narrowing of the rapidity distribution 0-20% 20-40% 40-60% 60-92%

  39. RAA-rapidity • Flat RAA for Npart<100. • Rapidity narrowing in central Au+Au collisions • (Modest) Recombination? • NrecJ/ya Nc2 • Color Glass Condensate? • Measurement of J/y elliptic flow can make clear the origin of rapidity narrowing. Au+Au data CNM 0mb 3mb Full recombination SCM Open charm yield in A+A K.L. Tuchin J.Phys. G30 (2004) 1167 CGC =0 CNM : R. VogtActa Phys. Hung. A25 (2006) 97. SCM : A.Andronic et al., nucl-th/0701079. Full recombination : R.L.Thews and M.L.Mangano, PRC73 (2006) 014904. =2

  40. RAA-pT and Ncoll-<pT2> Au+Au data • Magenta : R.L.Thews and M.L.Mangano, PRC73 (2006) 014904 and private comm. • Green : L.Yan, P.Zhuang and N.Xu, PRL97 (2006) 232301. No significant change of the pT distributions with respect to p+p, but error bars are large • No strong pT dependence of RAA. • No significant centrality dependence of <pT2>. • RAA-pT has much more information than <pT2>. • RAA-pT of model predictions?

  41. J/ mean pt2 (2) VN Tram, Moriond 2006 & PhD thesis Thews and Mangano, PRC73 (2006) 014904c black is p+p blue is d+Au green, and orange are Au+Au Open symbol is for mid rapidity Full symbol is for forward rapidity Yellow bands are from Thews Brown line is a Cronin effect extrapolation from p+p and d+Au at forward rapidity mid rapidity values are consistent with no pt broadening.

  42. Collision species and energy

  43. QM06 versus QM05 Good agreement ! • At forward rapidity, on the lower edge of systematics • (better handling of backgrounds and new pp reference) • At midrapidity, less subjective “onset” like shape… y~0 y~1.7

  44. Feed down ratios NA38, NA50 & NA51 HERA-B E789 NA38 E705 HERA-B E771 E444 E288 HERA-B 12 48 197 184 B′σ(ψ′)/Bσ(J/ψ) (%) 9 27 6 64 2 9 28 108 12 1 184 184 12 238 p-A E331 12 • From HERA-B (pA √s=41.6 GeV) • 7.0 ± 0.4 % from ψ’ • 21 ± 5 % from χc • 0.065 ± 0.011 % from B Faccioli, Hard Probes 2006

  45. J/ RAA as a function of rapidity Blue bands are cold nuclear matter prediction from Vogt, (EKS + 3mb absorption). Dashed purple line are expected RAA vs y for recombined J/s Grey bands are error from p+p No clear change in the rapidity shape as a function of centrality. nucl-th/0507027

  46. Extrapolation from dA to AA collisions • Different approaches: • A model of shadowing and nuclear absorption as used in previous slides (here EKS shadowing and 1 to 3mb nuclear absorption) extrapolated to AA (Ramona Vogt, nucl-th/0507027) • A phenomenological fit on the d+Au data to get sdiss for each rapidity and use exp-[sdiss(y) + sdiss(-y)]n0L for AA.(Karsh, Kharzeev and Satz, PLB637(2006)75) • sdiss(y=1.8) = 3.1  0.2 mb • sdiss (y=0) = 1.2  0.4 mb • sdiss(y=-1.7) = -0.1  0.2 mb • A direct extrapolation of measured RdA to AA using a simulation based on Glauber model (R. Granier de Cassagnac, private communication)

  47. Direct extrapolation of measured RdA to AA RdA Y = -1.7 Y = 0 Y = 1.8 b(fm) Use a simple fit of RdA vs b Plug RdA(b) into an AA Glauber simulation: RAA(y,bAA) = S[Rda(-y,b1).RdA(y,b2)] where b1 and b2 are determined for each nucleon-nucleon collision in the simulation at a given bAA. b1 b2 bAA

  48. J/y suppression vs. light hadrons Heavy flavor electrons J/y p0

  49. In Central region: Qs<m(cc) open charm production is expected to scale with Ncoll In forward region: Qs>m(cc). Open charm production is expected to scale with Npart(AA) and (pA) in forward rapidity region. Open Charm Measurement in forward region and CGC D.E. Kharzeev, K. Tuchin, hep-ph0310358

  50. … Upsilon measurement … Dimuon mass spectrum for the two muon arms added together. y~1.7 ~10 counts PHENIX QM05 : 1st Upsilons at RHIC from ~3pb-1 collected during the 2005 p+p run

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