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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。 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。 Matsui and Satz PLB 178, 416 (1986) 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 c c Color Screening 4/50 チャーモニウムの系 DDbar threshold hc(2S) y(2S) cc0(1P) cc1(1P) hc(1P) cc2(1P) J/y(1S) hc(1S) JPC 0-+ 1-- 0++ 1++ 1+- 2++ 5/50 チャーモニウムで何ができるのか? 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 グルオン(クォーク)の分布 グルオンのエネルギー Off-vertex decay これからわかりうる(とうれしい)ものは R. Rapp, hep-ph/0502208 作りたいプロット 温度 チャーモニウムとグルオンの相互作用断面積 6/50 L SPSでの結果 J/y, y’ なぜJ/yとy’? 実験で見つけやすい。 J/y y’ 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)。 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 8/50 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 9/50 これまでに Run Ions sNN Luminosity J/y (ee + mm) Status 1 Au+Au 130 GeV 1 mb-1 2 Au+Au 200 GeV 24 mb-1 13 + 0 PRC69, 014901 (2004) p+p 200 GeV 0.15 pb-1 46 + 66 PRL92, 051802 (2004) d+Au 200 GeV 2.74 nb-1 360 + 1660 PRL96, 012304 (2006) p+p 200 GeV 0.35 pb-1 130 + 450 Au+Au 200 GeV 241 mb-1 1000 + 4500 PRL98, 232301 (2007) Au+Au 62.4 GeV 9.1 mb-1 13 + ? - p+p 200 GeV 324 nb-1 Cu+Cu 200 GeV 4.8 nb-1 2300 + 10000 arXiv:0711.???? Cu+Cu 62.4 GeV 190 mb-1 60 + 200 - p+p 200 GeV 3.8 pb-1 1500 + 8000 PRL98, 232002 (2007) p+p 200 GeV 10.7 pb-1 2500 + ? p+p 62.4 GeV 0.1 pb-1 7 Au+Au 200 GeV 813 mb-1 8 d+Au p+p 200 GeV 200 GeV 予定 3 4 5 6 10/50 RHICではRAA (nuclear modification factor)を使う RAA dN AA dy N coll dN pp dy 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 11/50 PHENIX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 原子核によるJ/y の吸収断面積 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? 13/50 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。 cc 567 57( stat ) 224( syst ) mb Bll J /y 178 3(stat ) 53(syst ) 18(norm) nb J /y 3.00 0.94 mb 567 231 mb 14/50 J/yはどうやって作られるのか? Color Singlet Model Color Evaporation Model Singletでできる (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 15/50 Tevatron(1.96TeV p+pbar) でのJ/y Color singlet だけじゃ少なすぎる。 16/50 TevatronでのJ/y,y’の polarization (spin alignment) m+ J/y rest frame dN 1 cos 2 d cos J/y momentum direction J3 m+1 0 -1 COM(NRQCD)と反対の傾向。 CDF-I(2000) CDF-II(2007) 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 (J/y) AB H X cnAB () OnH () n c: 摂動 O: 非摂動(Tevatronのデータで決めた) (y’)/(J/y) 18/50 J/yのうちccの崩壊からできたものの割合。 2 ccは? 1 Rcc c cJ BR c cJ J y J y J 0 Color Singlet Model NRQCD (COM) Color Evaporation Model sqrt(s)に依存しない 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 ccbarができる時間 Pb+Pb, SPS (17.3GeV) : 1.6fm Au+Au, RHIC (200GeV) : 0.13fm Pb+Pb, LHC (5.5TeV) : 0.005fm hbar/(2mc)=0.06fm Octetからsingletになる時間 t8>1/sqrt(2mcQCD)=0.25fm (Kharzeev, Satz, PLB366, 316(1996)) 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 y=0, pT=1GeV y=1.7, pT=1GeV S.Kametani 21/50 Cold matter effects Modification of initial parton distribution function Nuclear absorption Initial state energy loss Multiple scattering 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 rapidity y Xd J/y in South y<0 Xd XAu XAu J/y in North y>0 gluons in Pb / gluons in p Anti-shadowing Shadowing Anti Shadowing X Eskola, et al., Nucl. Phys. A696 (2001) 729-746. 22/50 Modification of initial parton distribution function Shadowingのモデルは いっぱいある。 EKS FGS L. Frankfurt et al., EPJA5, 293 (1999) NDSG K.J.Eskola et al., NPA696, 729 (2001) D.de Florian et al., PRD69, 074028 (2004) Kopeliovich B. Kopeliovich et al., NPA696, 669 (2001) グルオンは よくわかってない 23/50 d+Auの結果 EKSが良さそう。 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。 e L a b s 25/50 吸収断面積は0-3mbかなあ? 26/50 Run Ions sNN Luminosity J/y (ee + mm) Status 1 Au+Au 130 GeV 1 mb-1 2 Au+Au 200 GeV 24 mb-1 13 + 0 PRC69, 014901 (2004) p+p 200 GeV 0.15 pb-1 46 + 66 PRL92, 051802 (2004) d+Au 200 GeV 2.74 nb-1 360 + 1660 PRL96, 012304 (2006) p+p 200 GeV 0.35 pb-1 130 + 450 Au+Au 200 GeV 241 mb-1 1000 + 4500 PRL98, 232301 (2007) Au+Au 62.4 GeV 9.1 mb-1 13 + ? - p+p 200 GeV 324 nb-1 Cu+Cu 200 GeV 4.8 nb-1 2300 + 10000 arXiv:0711.???? Cu+Cu 62.4 GeV 190 mb-1 60 + 200 - p+p 200 GeV 3.8 pb-1 1500 + 8000 PRL98, 232002 (2007) p+p 200 GeV 10.7 pb-1 2500 + ? p+p 62.4 GeV 0.1 pb-1 7 Au+Au 200 GeV 813 mb-1 8 d+Au p+p 200 GeV 200 GeV 予定 3 4 5 6 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。 27/50 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/0612012 28/50 M.Bedjidian et al., arXiv:hepph/0311048 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=-2 y=-1 y=0 SPS y<0 y=+1 RHIC y=0 y>0 y=0 y=+2 30/50 pp, pd 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。 31/50 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 Pb+Pb, SPS (17.3GeV) : 1.6fm Au+Au, RHIC (200GeV) : 0.13fm Pb+Pb, LHC (5.5TeV) : 0.005fm 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? 32/50 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 33/50 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 何が新しいのか? 今週中? Npart<100のところ。 CNMだけだと思って(Npart<40で)abs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。 34/50 RAA-Npart 横軸Log Cu+Cuが重要に見える。 横軸Linear 0 mb 0 mb 3 mb 3 mb abs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 35/50 ラピディティ依存性 CNM : R. Vogt Acta 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 Full recombination 3mb SCM 36/50 Recombination? v2? Forwardでは意味のある結果が出せそう。 大きなv2charmもthermalizeしている。 スケーリング則? 小さなv2? 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 38/50 横運動量依存性 Au+Au data No strong pT dependence of RAA. No significant centrality dependence of <pT2>. 39/50 Ncoll-<pT2> 1 d 2N A 2ppT dydpT 1 p B 2 T pT2 B 2 (n 2) 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. n 40/50 他のチャーモニウムは? DDbar threshold hc(2S) y(2S) cc0(1P) cc1(1P) hc(1P) cc2(1P) J/y(1S) hc(1S) JPC 0-+ 1-- 0++ 1++ あと、B中間子からの寄与 1+- 2++ Geometrical acceptance * branching ratio (PHENIX) 41/50 hcpp-barが最適 J/ye+e- が最適 cc0K+K- or J/y(e+e-) 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。 y’e+e- が最適 cc1J/y cc2J/y (or p+p-) 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 (ce+ and c-bare-) bb-bar (be- and b-bare+) Drell-Yan (*e+e-) 43/50 p+p衝突でのccJ/y Run-5 and Run-6 NJ/y=4145 Black : Foreground cc peak? Blue : Background Red: Foreground-background Green : Normalization regions (0.1<DM<0.3GeV and 0.6<DM<0.8GeV) 44/50 ボトモニウムは? BBbar threshold U(4S) hb(3S) U(3S) 10.36GeV cb0(2P) cb1(2P) hb(2P) cb2(2P) hb(2S) U(2S) 10.02GeV cb0(1P) cb1(1P) hb(1P) cb2(1P) U(1S) hb(1S) JPC 0-+ 9.46GeV 1-- 0++ 1++ 測りやすいのは U(nS)*e+e-, m+m- 1+- 2++ Counts PHENIX y~1.7 24 counts d/dy (nb) ウプシロン p+p 200GeV STAR Preliminary p+p 200 GeV PHENIX Preliminary (QM05) y y~0 50 counts 3つの状態を分けられるか? 45/50 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 ○ △ △ hc 1+- 1P cc2 2++ 1P ○ △ △ hc’ 0-+ 2S y’ 1-- 2S ○ ○ ○ U 1-- 1S ○ ○ ○ U’ 1-- 2S ○ △ △ U” 1-- 3S ○ △ △ 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 J/yならALICE, UならCMS ALICE Charmoniumだと Bからの寄与 Vertex検出器 CMS 48/50 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/yy’U(1S)U(2S)U(3S)c1cc 2cc0chc… 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。 予備のスライド 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。 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)。 出来ていたものがs-QGPではなくてもOK。 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。 197Au+197Auでは Bar: uncorrelated error Bracket : correlated error Yield AA RAA N coll Yield pp S = RAA (1.2<|y|<2.2) /RAA (|y|<0.35) hc(1S)(2980) PS J/y(1S)(3097) V cc0(1P)(3415) S Geometrical acceptance y’(2S)(3686) V cc1(1P)(35??) A cc2(1P)(3556) T