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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