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Measurement of charmonia at RHIC-PHENIX

1/50. Measurement of charmonia at RHIC-PHENIX. 織田勧 東京大学 CNS 2007 年 10 月 29 日 ( 月 ) 於阪大 RCNP. 2/50. 内容. 動機 RHIC, PHENIX 生成メカニズム (p+p) 原子核効果 (d+Au) A+A のデータ 今後. 3/50. なぜチャーモニウムか ?. QGP 中でデバイ遮蔽によって分解する。 Matsui and Satz PLB 178, 416 (1986) チャームクォークは衝突初期の hard scattering のみによって生成される。

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Measurement of charmonia at RHIC-PHENIX

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Presentation Transcript

  1. 1/50 Measurement of charmonia at RHIC-PHENIX 織田勧 東京大学CNS 2007年10月29日(月) 於阪大RCNP

  2. 2/50 内容 • 動機 • RHIC, PHENIX • 生成メカニズム(p+p) • 原子核効果(d+Au) • A+Aのデータ • 今後

  3. 3/50 なぜチャーモニウムか? • QGP中でデバイ遮蔽によって分解する。 • Matsui and Satz PLB 178, 416 (1986) • チャームクォークは衝突初期のhard scatteringのみによって生成される。 • Test particle、不純物 • QGP生成の証拠になる。 • 分解温度は束縛エネルギーに依存する。 • ガリレオ式温度計 S. Digal, F. Karsch and H. Satz

  4. 4/50 DDbar threshold y(2S) hc(2S) cc2(1P) hc(1P) cc1(1P) cc0(1P) J/y(1S) hc(1S) 0-+ 1-- 0++ 1++ 1+- 2++ JPC チャーモニウムの系

  5. 5/50 チャーモニウムで何ができるのか? R. Rapp, hep-ph/0502208 • 測れるものは • チャーモニウムの種類 • 収量 • 横運動量分布 • ラピディティ分布 • 偏極 (スピンアライメント) • フロー(v2など) • チャーモニウム-ハドロン相関 • 衝突中心度依存性 • 衝突エネルギー依存性 • 衝突核種依存性 • B中間子からの寄与 • Off-vertex decay • これからわかりうる(とうれしい)ものは • グルオン(クォーク)の分布 • 温度 • チャーモニウムとグルオンの相互作用断面積 グルオンのエネルギー 作りたいプロット

  6. なぜJ/yとy’? 実験で見つけやすい。 Di-lepton channel (m+m-, e+e-) それなりに多くの数が生成される。 JP=1-で理論が扱いやすい(たぶん)。 6/50 L SPSでの結果 J/y, y’ J/y y’

  7. 7/50 RHIC • 100GeVのビーム同士をぶつける。 • p (A=1), d (A=2), Cu (A=63), Au (A=197) PHOBOS BRAHMS PHENIX STAR

  8. 8/50 • Mid rapidity (|y|<0.35, e+e- pair, hadron, photon) • Tracking • DC, MWPC • PID • RICH, EMCal PHENIX検出器 • Forward rapidity (1.2<|y|<2.2, m+m- pair) • Tracking • MWPC • PID • Drift tube, absorber • Vertex, centrality • Timing, charged particle multiplicity • BBC • Spectator neutron • ZDC

  9. 9/50 これまでに

  10. p+p衝突の重ね合わせ。 生成されたチャーモニウムと残りの原子核との相互作用はd+Aで評価する。 10/50 RHICではRAA (nuclear modification factor)を使う (A+A)/(p+p)-(d+A)/(p+p) =(Hot+Cold)-Cold=Hot

  11. 11/50 PHENIXのJ/yの結果 原子核によるJ/yの吸収断面積 0 mb R. VogtActa Phys. Hung. A25 (2006) 97 3 mb Red : Au+Au |y|<0.35 Magenta : Cu+Cu |y|<0.35 Blue : Au+Au 1.2<|y|<2.2 Aqua : Cu+Cu 1.2<|y|<2.2 peripheral central

  12. 12/50 RHICでもJ/yの収量が抑制されているように見えるが… • そもそもp+pでのJ/yの生成はよく理解されているのか? • 原子核効果(cold nuclear matter effect)は何で、d+Aでわかるのか?

  13. 13/50 p+pでのcc-bar, J/yの断面積 • qq-barもしくはggの消滅でcc-bar(J/y)は生成される。 • 200分の1だけJ/yになる。

  14. 14/50 J/yはどうやって作られるのか? • Color Singlet Model • Singletでできる • Color Evaporation Model • (singlet, octet両方の)中間状態からgluonを放出してsingletになる • チャーモニウムの比は衝突エネルギーによらない。 • Color Octet Model (NRQCD) • Singletだけでなく、octetからgluonを放出することでもできる • 有限のスピンアライメントを予測する。 H.D.Sato

  15. 15/50 Tevatron(1.96TeV p+pbar)でのJ/y Color singlet だけじゃ少なすぎる。

  16. 16/50 TevatronでのJ/y,y’のpolarization (spin alignment) m+ J/y rest frame q CDF-II(2007) J/y momentum direction CDF-I(2000) m- J3 +1 0 -1 COM(NRQCD)と反対の傾向。

  17. 17/50 断面積は低いエネルギーでもCOMでOK F. Maltoni, et al., PLB638 (2006) 202 s(J/y) c: 摂動 O: 非摂動(Tevatronのデータで決めた) s(y’)/s(J/y)

  18. 18/50 J/yのうちccの崩壊からできたものの割合。 ccは? Color Singlet Model NRQCD (COM) Color Evaporation Model sqrt(s)に依存しない

  19. 19/50 p+pでのJ/yの生成はよく理解されているとは言えない。 • QGPができるまでにJ/yができていれば,プローブとして使って良いだろうが、、、 • Crossing time • Pb+Pb, SPS (17.3GeV) : 1.6fm • Au+Au, RHIC (200GeV) : 0.13fm • Pb+Pb, LHC (5.5TeV) : 0.005fm • ccbarができる時間 • hbar/(2mc)=0.06fm • Octetからsingletになる時間 • t8>1/sqrt(2mcLQCD)=0.25fm • (Kharzeev, Satz, PLB366, 316(1996))

  20. 20/50 原子核が通り抜けるときはoctetとsingletが共存している y=0, pT=0GeV S.Kametani y=1.7, pT=1GeV y=0, pT=1GeV

  21. 21/50 Xd XAu J/ in South y < 0 rapidity y Anti Shadowing Shadowing Xd XAu J/ in North y > 0 X Cold matter effects • Modification of initial parton distribution function • Nuclear absorption • Initial state energy loss • Multiple scattering gluons in Pb / gluons in p Anti-shadowing South muon arm (y < -1.2) : • large XAu  0.090 Central arm (y  0) : • intermediate XAu  0.020 North muon arm (y > 1.2) : • small XAu  0.003 Eskola, et al., Nucl. Phys. A696 (2001) 729-746.

  22. Shadowingのモデルはいっぱいある。 EKS K.J.Eskola et al., NPA696, 729 (2001) FGS L. Frankfurt et al., EPJA5, 293 (1999) NDSG D.de Florian et al., PRD69, 074028 (2004) Kopeliovich B. Kopeliovich et al., NPA696, 669 (2001) 22/50 Modification of initial parton distribution function グルオンは よくわかってない

  23. 23/50 d+Auの結果 EKSが良さそう。

  24. 24/50 原子核によるJ/yの吸収・分解 R.Vogt, nucl-th/0507027, Color Evaporation Model • 吸収されるのはoctetがほとんど。 • J/yでなく中間のoctetの吸収だけ考えている? • どうやってoctetがsingletになっていくかは生成メカニズムに大きく依存する。 • すごく非摂動論的な世界。

  25. 25/50 吸収断面積は0-3mbかなあ?

  26. 26/50 近日中に投稿予定 A.Adare et al., Cold Nuclear Matter Eects on J/psi Production as Constrained by Deuteron-Gold Measurements at sqrt(s_NN) = 200 GeV Run-3 d+Au と Run-5 p+p を使って吸収断面積を定量的に出す。

  27. 27/50 NA50, p+A arXiv:nucl-ex/0612012 PHENIXと同じ量になっているのかは調べていません。

  28. 28/50 M.Bedjidian et al., arXiv:hep-ph/0311048

  29. 29/50 J/y+Nの重心エネルギー 疑問:ラピディティが違っても一つの断面積で良いのか? 重心エネルギーは結構違う。 y=0 y=-2 y=+2 y=-1 y=0 y=+1 SPS RHIC y=0 y>0 y<0

  30. 30/50 p+p, p+dPDG2007 重心エネルギーは結構違っても、断面積はあまり変わらなさそう。

  31. 31/50 何の吸収断面積なのか?意味があるのか? • Crossing time • Pb+Pb, SPS (17.3GeV) : 1.6fm • Au+Au, RHIC (200GeV) : 0.13fm • Pb+Pb, LHC (5.5TeV) : 0.005fm • ccbarができる時間 • hbar/(2mc)=0.06fm • ほとんどのcharm quarkができていないから、LHCでは吸収断面積は要らないはず。 • 現象論的パラメータだと思えば良い?

  32. 32/50 RHICのCu+Cu, Au+AuでのJ/yの結果 0 mb R. VogtActa Phys. Hung. A25 (2006) 97 3 mb Red : Au+Au |y|<0.35 Magenta : Cu+Cu |y|<0.35 Blue : Au+Au 1.2<|y|<2.2 Aqua : Cu+Cu 1.2<|y|<2.2 peripheral central

  33. 33/50 Cu+Cuの最終結果はもうすぐ投稿します。(もうすぐと言って1年近く) • A. Adare et al., Title : J/psi production in sqrt(s_NN)=200GeV Cu+Cu collisions • 今週中? • 何が新しいのか? • Npart<100のところ。 • CNMだけだと思って(Npart<40で)sabsを出してみる。 • Finalな結果は見せられないので、preliminaryな結果を見せています。 • 2つはだいたいエラーの範囲で無矛盾です。

  34. 34/50 RAA-Npart 横軸Log 横軸Linear Cu+Cuが重要に見える。 0 mb 0 mb 3 mb 3 mb sabsを求められる? 3mbからの線から外れるのはforwardの方が早い。 Red : Au+Au |y|<0.35 Magenta : Cu+Cu |y|<0.35 Blue : Au+Au 1.2<|y|<2.2 Aqua : Cu+Cu 1.2<|y|<2.2

  35. 35/50 ラピディティ依存性 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. Au+Au data CNM 0mb 3mb Full recombination SCM

  36. 36/50 Recombination? v2? • Forwardでは意味のある結果が出せそう。 • 大きなv2charmもthermalizeしている。 • スケーリング則? • 小さなv2?

  37. 37/50 CGCのために強いラピディティ依存性があるのか? Kirill Tuchin Oct 24. 2007 hep-ph/0510358 D.Kharzeev, K.Tuchin d+Auのデータに あまり合っていない。 QM06

  38. 38/50 横運動量依存性 Au+Au data • No strong pT dependence of RAA. • No significant centrality dependence of <pT2>.

  39. 39/50 Ncoll-<pT2> RHICではもっと統計量が必要。 SPS • 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.

  40. 40/50 DDbar threshold y(2S) hc(2S) cc2(1P) hc(1P) cc1(1P) cc0(1P) J/y(1S) hc(1S) 0-+ 1-- 0++ 1++ 1+- 2++ JPC 他のチャーモニウムは? • あと、B中間子からの寄与

  41. 41/50 Geometrical acceptance * branching ratio (PHENIX) それぞれの粒子の数の比 バックグラウンドの量 も効いてくる。 hcpp-barが最適 J/ye+e- が最適 y’e+e-が最適 cc2J/yg (or p+p-) cc0K+K- or J/y(e+e-)g cc1J/yg

  42. 42/50 p+p衝突でのy’e+e- Run-5 and Run-6 NJ/y~4000 Ny’/NJ/y=0.02 にした場合 Ny’=80 Hadron background cc-bar (ce+ and c-bare-) bb-bar (be- and b-bare+) Drell-Yan (g*e+e-)

  43. 43/50 p+p衝突でのccJ/ygRun-5 and Run-6 NJ/y=4145 Black : Foreground Blue : Background Red: Foreground-background Green : Normalization regions (0.1<DM<0.3GeV and 0.6<DM<0.8GeV) cc peak?

  44. 44/50 U(4S) BBbar threshold U(3S) hb(3S) cb2(2P) hb(2P) cb1(2P) cb0(2P) U(2S) hb(2S) cb2(1P) hb(1P) cb1(1P) cb0(1P) U(1S) hb(1S) 0-+ 1-- 0++ 1++ 1+- 2++ JPC ボトモニウムは? 10.36GeV 10.02GeV 9.46GeV 測りやすいのは U(nS)g*e+e-, m+m-

  45. STAR Preliminary p+p 200 GeV Counts ds/dy (nb) PHENIX Preliminary (QM05) y ウプシロン p+p 200GeV PHENIX y~1.7 24 counts y~0 50 counts 3つの状態を分けられるか? 45/50

  46. 46/50 RHICで今後5年で測定可能なのは(独断と偏見)

  47. 47/50 LHCでは? • Uも測れる • RAA-Npart • y, y’ • U(1S), U(2S), U(3S) • Recombinationの寄与がほとんどになる? • v2 • Multi charm baryonが増大する? • Xcc+(dcc), Xcc++(ucc), Wcc+(scc), Wccc++(ccc) • Bc+ (c b-bar, J/yp+) L.Grandchamp et al., PRC 73, 064906 (2006) STAR, arXiv:0705.2511

  48. 48/50 J/yならALICE, UならCMS ALICE Charmoniumだと Bからの寄与 Vertex検出器 CMS

  49. 49/50 理論計算をするなら、 • 実験結果と比較できないと面白くない。 • 実験で測れる粒子 • たくさん生成される粒子 • 分岐比が大きい崩壊モードを持つ粒子 • バックグラウンドが小さい崩壊モードを持つ粒子 • 順番はJ/yy’U(1S)U(2S)U(3S)c1cc2cc0chc…

  50. 50/50 まとめ • J/yの収量抑制を理解するためには、生成も良くわかっていないといけない。 • 測れるものは全て測る。 • J/yのv2はかなり面白そう。 • y’のRAAも見たい。

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