Measurement of charmonia at RHIC-PHENIX

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

5 チャーモニウムで何ができるのか? 5/50 測れるものは これからわかりうる(とうれしい)ものは グルオンのエネルギー 作りたいプロット
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 R. Rapp, hep-ph/ グルオンのエネルギー 作りたいプロット

6 SPSでの結果 J/y, y’ なぜJ/yとy’? 実験で見つけやすい。 それなりに多くの数が生成される。
6/50 SPSでの結果 J/y, y’ L 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)。 J/y y’

7 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) 7/50
PHOBOS BRAHMS PHENIX STAR

8 PHENIX検出器 Mid rapidity (|y|<0.35, e+e- pair, hadron, photon)
8/50 PHENIX検出器 Mid rapidity (|y|<0.35, e+e- pair, hadron, photon) Tracking DC, MWPC PID RICH, EMCal 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 これまでに 9/50 Run Ions sNN Luminosity J/y (ee + mm) Status 1 Au+Au
130 GeV 1 b-1 2 200 GeV 24 b-1 13 + 0 PRC69, (2004) p+p 0.15 pb-1 PRL92, (2004) 3 d+Au 2.74 nb-1 PRL96, (2006) 0.35 pb-1 4 241 b-1 PRL98, (2007) 62.4 GeV 9.1 b-1 13 + ? - 324 nb-1 5 Cu+Cu 4.8 nb-1 arXiv:0711.???? 190 mb-1 3.8 pb-1 PRL98, (2007) 6 10.7 pb-1 ? 0.1 pb-1 7 813 b-1 8 予定

10 RHICではRAA (nuclear modification factor)を使う
10/50 RHICではRAA (nuclear modification factor)を使う 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。 (A+A)/(p+p)-(d+A)/(p+p) =(Hot+Cold)-Cold=Hot

11 PHENIXのJ/yの結果 11/50 原子核によるJ/yの吸収断面積 peripheral central 0 mb
R. Vogt　Acta 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 RHICでもJ/yの収量が抑制されているように見えるが…
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 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。
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 J/yはどうやって作られるのか? Color Singlet Model Color Evaporation Model
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 Tevatron(1.96TeV p+pbar) でのJ/y
15/50 Tevatron(1.96TeV p+pbar) でのJ/y Color singlet だけじゃ少なすぎる。

16 TevatronでのJ/y,y’のpolarization (spin alignment)
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 -1 COM(NRQCD)と反対の傾向。

17 断面積は 低いエネルギーでもCOMでOK 17/50 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 ccは? 18/50 J/yのうちccの崩壊からできたものの割合。 Color Singlet Model NRQCD (COM)
Color Evaporation Model sqrt(s)に依存しない

19 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。
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 原子核が通り抜けるときはoctetとsingletが共存している
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 Cold matter effects rapidity y Modification of initial parton distribution function Nuclear absorption Initial state energy loss Multiple scattering Xd XAu J/ in South y < 0 Xd XAu J/ in North y > 0 gluons in Pb / gluons in p X Shadowing Anti 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)

22 Modification of initial parton distribution function
22/50 Modification of initial parton distribution function 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, (2004) Kopeliovich B. Kopeliovich et al., NPA696, 669 (2001) 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 原子核によるJ/yの吸収・分解 R.Vogt, nucl-th/0507027, Color Evaporation Model 24/50
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 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。
26/50 Run Ions sNN Luminosity J/y (ee + mm) Status 1 Au+Au 130 GeV 1 b-1 2 200 GeV 24 b-1 13 + 0 PRC69, (2004) p+p 0.15 pb-1 PRL92, (2004) 3 d+Au 2.74 nb-1 PRL96, (2006) 0.35 pb-1 4 241 b-1 PRL98, (2007) 62.4 GeV 9.1 b-1 13 + ? - 324 nb-1 5 Cu+Cu 4.8 nb-1 arXiv:0711.???? 190 mb-1 3.8 pb-1 PRL98, (2007) 6 10.7 pb-1 ? 0.1 pb-1 7 813 b-1 8 予定 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 PHENIXと同じ量になっているのかは調べていません。 NA50, p+A arXiv:nucl-ex/

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

29 J/y+Nの重心エネルギー 29/50 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=-2 y=0
SPS RHIC y=0 y<0 y>0

30 30/50 p+p, p+d PDG2007 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 何の吸収断面積なのか? 意味があるのか? Crossing time ccbarができる時間
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 RHICのCu+Cu, Au+AuでのJ/yの結果
32/50 RHICのCu+Cu, Au+AuでのJ/yの結果 0 mb R. Vogt　Acta 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 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)
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 RAA-Npart 横軸Log 横軸Linear 34/50 Cu+Cuが重要に見える。 sabsを求められる?
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 ラピディティ依存性 Au+Au data 35/50 CNM 0mb 3mb Full recombination SCM
CNM : R. Vogt　Acta Phys. Hung. A25 (2006) 97. SCM : A.Andronic et al., nucl-th/ Full recombination : R.L.Thews and M.L.Mangano, PRC73 (2006) Au+Au data CNM 0mb 3mb Full recombination SCM

36 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。
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 CGCのために強いラピディティ依存性があるのか?
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 hep-ph/ D.Kharzeev, K.Tuchin d+Auのデータに あまり合っていない。 QM06

38 横運動量依存性 Au+Au data No strong pT dependence of RAA.
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 Ncoll-<pT2> 39/50 RHICではもっと統計量が必要。 SPS
Magenta : R.L.Thews and M.L.Mangano, PRC73 (2006) and private comm. Green : L.Yan, P.Zhuang and N.Xu, PRL97 (2006)

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

41 Geometrical acceptance * branching ratio (PHENIX)
41/50 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 cc0K+K- or J/y(e+e-)g cc1J/yg cc2J/yg (or p+p-)

42 p+p衝突でのy’e+e- Run-5 and Run-6
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 p+p衝突でのccJ/yg Run-5 and Run-6
43/50 p+p衝突でのccJ/yg Run-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 ボトモニウムは? hb(1S) hb(2S) U(1S) U(2S) cb0(1P) cb1(1P) cb2(1P) hb(1P) JPC
44/50 ボトモニウムは? hb(1S) hb(2S) U(1S) U(2S) cb0(1P) cb1(1P) cb2(1P) hb(1P) JPC 0-+ 1-- 0++ 1++ 1+- 2++ BBbar threshold hb(3S) U(3S) cb0(2P) cb1(2P) cb2(2P) hb(2P) U(4S) 10.36GeV 10.02GeV 9.46GeV 測りやすいのは U(nS)g*e+e-, m+m-

45 ウプシロン p+p 200GeV ds/dy (nb) y Counts PHENIX y~1.7 24 counts y~0
STAR Preliminary p+p 200 GeV y ds/dy (nb) Counts PHENIX Preliminary (QM05) 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 RHICで今後5年で測定可能なのは (独断と偏見)
46/50 RHICで今後5年で測定可能なのは (独断と偏見) p+p d+A A+A hc 0-+ 1S △ J/y 1-- 1S ◎ cc0 0++ 1P cc1 1++ 1P ○ 1+- 1P cc2 2++ 1P hc’ 0-+ 2S y’ 1-- 2S U U’ U” 1-- 3S

47 LHCでは? Uも測れる Recombinationの寄与がほとんどになる? RAA-Npart y, y’
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, (2006) STAR, arXiv:

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 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
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 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。
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。

51 予備のスライド

52

53 何がわかったら高エネルギー重イオン衝突が完全にわかったと言えるのか?
ある時刻でのハドロンの中のものを含めてクォークとグルオンの位置分布と運動量分布とその時間発展がわかったら十分。 出来ていたものがs-QGPではなくてもOK。 全ての終状態の粒子の種類、運動量、崩壊点(生成点)がわかったら(完全実験)、高エネルギー重イオン衝突は完全にわかるのか? 時間発展はQCDで記述できる(と思っている)。 高エネルギー重イオン衝突が関係している多くの領域はQCDの非摂動的なところ。 どうする? (妥協して、)全ての実験結果を十分良く記述できる現象論的モデルが(枝葉末節は別にして本質的に)ただ一つだけ存在するならそれで良いのでは。

54 197Au+197Auでは S = RAA (1.2<|y|<2.2) /RAA (|y|<0.35)
Bar: uncorrelated error Bracket : correlated error S = RAA (1.2<|y|<2.2) /RAA (|y|<0.35)

55 Geometrical acceptance
hc(1S)(2980) PS J/y(1S)(3097) V y’(2S)(3686) V cc0(1P)(3415) S cc1(1P)(35??) A cc2(1P)(3556) T