J/ µ + µ PHENIX 200 GeV Catherine Silvestre CEA (Saclay) + LLR (Polytechnique) Journées Jeunes Chercheurs 2006

2 JJC 2006 Sommaire Motivations Motivations Lexpérience Lexpérience Principe des mesures Principe des mesures Résultats Résultats Run7 Run7

3 JJC 2006 Le J/ Le J/ Méson lourd Méson lourd J/ composé de 2 quarks charmés : c c J/ composé de 2 quarks charmés : c c Charme lourd: m J/ ~3.1 GeV/c² J/ produit très tôt Charme lourd: m J/ ~3.1 GeV/c² J/ produit très tôt Taille: r J/ ~0.2 fm < r hadron ~1 fm Taille: r J/ ~0.2 fm < r hadron ~1 fm Le J/ survivrait dans le PQG, jusquà T~2T Le J/ survivrait dans le PQG, jusquà T~2T C (QCD sur réseau) Mécanismes de production Mécanismes de production Fusion g+g Fusion g+g PDF Feed down Feed down J/ direct χcχcχcχc J/ J/ ~0.6~0.3~0.1 c c

4 JJC 2006 Evolution dune collision Etat Initial Milieu chaud et dense Intéraction des hadrons Besoin de comprendre la production du J/ à chaque étape de la collision Plasma de quarks et gluons ? Effets nucléaires froids + effets de létat final à soustraire Effet du PQG Dissociation par les gluons Ecrantage de couleur J/ Formation du J/ par coalescence / recombinaison des cc temps 0 fm/c2 fm/c Pré-équilibreHadronisation 7 fm/c

5 JJC 2006 Comment étudier le J/ ? Base de référence Base de référence Collisions p+p Effet nucléaires froids Collisions p+A (ici d+A) pour estimer ces effets Extrapolation correcte depuis d+A vers A+A Collisions dions lourds Mesures A+A Facteur de modification nucléaire Impulsion transverse Spectre en rapidité Au+Au

6 JJC 2006 Sommaire Motivations Motivations Lexpérience Lexpérience RHIC RHIC Le spectromètre à muons Le spectromètre à muons Principe des mesures Principe des mesures Resultats Resultats Run7 Run7

7 JJC 2006 RHIC, Relativistic Heavy Ion Collider protons: Linac Booster AGS RHIC ions: Tandems Booster AGS RHIC STAR PHENIX PHOBOS BRAHMS RunSpeciesE(GeV) # J/ (ee+ ) 01Au+Au Au+Aup+p d+Aup+p Au+AuAu+Au20062 ~ Cu+CuCu+CuCu+Cup+p ~ ~ p+pp+pp+p ~

8 JJC 2006 Le spectromètre à muons J/ µ + µ - (BR ~ 6%) p>2 GeV/c 1.2<|y|<2.2 =2 Absorbeur frontal réduction du # de hadrons MuTR mesure limpulsion grâce à des chambres à fils à cathodes segmentées MuID identifie les muons via une correspondance entre la profondeur de pénétration et limpulsion grâce à des tubes Iarocci + absorbeur BBC, ZDC luminosité, vertex, centralité 35° 10° 12° MuID MuTR BBC

9 JJC 2006 Sommaire Motivations Motivations Lexpérience Lexpérience Principe des mesures Principe des mesures La centralité La centralité Le taux de production du J/ Le taux de production du J/ Extraction du signal Extraction du signal Corrections dacceptance x efficacité Corrections dacceptance x efficacité Systématiques Systématiques Résultats Résultats Run7 Run7

10 JJC 2006 Centralité b : paramètre dimpact de la collision N part : # de nucléons participant à la collision Spectateurs : nucléons ne participant pas à la collision N coll : # de collisions nucléon-nucléon pour une collision A-B à une centralité donnée (simulé) La centralité est une grandeur permettant expérimentalement de catégoriser les évènements en fonction de leur paramètre dimpact. b N part Spectateurs central périphérique 0-10% 10-20% 20-30% Etc… 80-90% liés via un modèle de Glauber (Woods-Saxon)

11 JJC 2006 Taux de production et R AA J/ Taux de production du J/ par unité de rapidité et par collision inélastique ( yield) Rapport de modification nucléaire B B rapport de branchement pour le canal de désintégration détecté y (mesurée) y rapidité du J/ (mesurée) (mesuré) N J/ nombre de J/ (mesuré) (simulées)A J/ corrections defficacité et dacceptance du détecteur (simulées) (simulée) J/ BBC efficacité du trigger (ici BBC) sur des évènements contenant un J/ (simulée) (mesuré) N MB nombre dévènements dans le BBC (mesuré) (simulée) MB BBC efficacité du trigger pour tous les évènements (simulée) R AA =1 en labsence tout effet dinteraction (normal ou anormal) avec le milieu

12 JJC 2006 Extraction du signal Bruit de fond combinatoire: décroissances secondaires Bruit de fond combinatoire: décroissances secondaires Estimation par Event Mixing normalisé aux spectres Estimation par Event Mixing normalisé aux spectres µ + µ + et µ - µ - Coupures Coupures Sur les dimuons : 2.6 < masse < 3.6 GeV/c², 1.2 < |rapidité| < 2.2 Sur les dimuons : 2.6 < masse < 3.6 GeV/c², 1.2 < |rapidité| < 2.2 Sur la qualité des traces (χ 2, nombre de coups) Sur la qualité des traces (χ 2, nombre de coups) Signal Signal # de coups dans la région de masse invariante après soustraction du bruit de fond combinatoire et physique (open charm et Drell Yan) # de coups dans la région de masse invariante après soustraction du bruit de fond combinatoire et physique (open charm et Drell Yan) µµ fg(+-)-Mixed bg

13 JJC 2006 Génération des J/ par PYTHIA sur 4 π Génération des J/ par PYTHIA sur 4 π Simulations Simulations mélange de J/ simulés dans des évènements réels (embedding) mélange de J/ simulés dans des évènements réels (embedding) réponse (inefficacité, zones mortes, gain) réponse (inefficacité, zones mortes, gain) même reconstruction quavec les données réelles même reconstruction quavec les données réelles Corrections deff x acc Corrections deff x acc Par définition, lacceptance (~10%) est plate en fonction de la centralité Lefficacité diminue pour les collisions les plus centrales car le taux doccupation dans les détecteurs augmente Leffet est + marqué dans le bras nord car à même centralité, la multiplicité est + grande Bras Sud Bras Nord

14 JJC 2006 Systématiques Extraction du signal 20% Extraction du signal 20% Variation du facteur de normalisation du bruit de fond mixé de +/- 2% Variation du facteur de normalisation du bruit de fond mixé de +/- 2% Utilisation dun fit de gaussienne + bruit de fond exponentiel sur le spectre après soustraction Utilisation dun fit de gaussienne + bruit de fond exponentiel sur le spectre après soustraction Utilisation du nombre de coups dans les spectres like-sign après soustraction (idéalement nul) Utilisation du nombre de coups dans les spectres like-sign après soustraction (idéalement nul) => Le plus grand écart mesuré par rapport à la valeur moyenne est utilisé comme erreur systématique Autres contributions Autres contributions Incertitude sur lefficacité x acceptance 4% Incertitude sur lefficacité x acceptance 4% Mesure de lefficacité des détecteurs Mesure de lefficacité des détecteurs Dépendance par rapport aux distributions simulées de J/ Dépendance par rapport aux distributions simulées de J/ Incertitude sur leffet de coupure RD vs MC Incertitude sur leffet de coupure RD vs MC Incertitude sur N coll Incertitude sur N coll Incertitude sur la mesure p+p (pour le R AA ) Incertitude sur la mesure p+p (pour le R AA ) Erreur dominante pour Au+Au

15 JJC 2006 Sommaire Motivations Motivations Lexpérience Lexpérience Principe des mesures Principe des mesures Résultats Résultats Rapport de modification nucléaire, R AA Rapport de modification nucléaire, R AA Rapidité, y Rapidité, y Impulsion transverse, P T Impulsion transverse, P T Run7 Run7

16 JJC 2006 PHENIX Run4 AuAu : résultats finaux (nucl-ex/ ) PHENIX Run4 AuAu : résultats finaux (nucl-ex/ ) 1 ères mesures vers lavant du J/ à RHIC en collisions Au+Au 1 ères mesures vers lavant du J/ à RHIC en collisions Au+Au R AA vs N part Si les effets sont les même en pp quen AuAu, R AA =1 Suppression pour les collisions les plus centrales suppression forward > suppression mid-rapidity Erreurs Barres: non corrélées Boîtes: corrélées Besoin de réduire les barres derreurs

17 JJC 2006 Effets nucléaires froids (CNM) Ligne noire: CNM extrapolés à partir de dAu (modèle indépendant) Lignes bleues: absorption normale + shadowing SUPPRESSION ANORMALE Suppression + grande que CNM

18 JJC 2006 R AA vs y Quantitativement - Grandes barres derreur - peu de points en rapidité - Manque de prédictions détaillées Qualitativement - CNM : plat en fonction de y - régénération : R AA plus grand à mid-rapidité

19 JJC 2006 R AA vs p T Mais mesure du p T 2 tres difficile Besoin daffiner les données, daugmenter le p T, …

20 JJC 2006 Bilan modèles Premières données vers lavant ! Premières données vers lavant ! Manque des modèles théoriques Manque des modèles théoriques Des modèles de coalescence / recombinaison: seulement à mid-rapidité Des modèles de coalescence / recombinaison: seulement à mid-rapidité Premiers spectres en p T, y ! Premiers spectres en p T, y ! Pas de modèles détaillés en p T, y Pas de modèles détaillés en p T, y Besoin de contraindre, daffiner Besoin de contraindre, daffiner Effets nucléaires froids (run dAu?) Effets nucléaires froids (run dAu?) Mesure du charme Mesure du charme Autres variables (flot?) Autres variables (flot?) Prochain run AuAu Prochain run AuAu

21 JJC 2006 Sommaire Motivations Motivations Lexpérience Lexpérience Principe des mesures Principe des mesures Resultats Resultats Run7 Run7 Luminosité Luminosité Alignement Alignement Efficacité de reconstruction Efficacité de reconstruction Anodes Anodes reconstruction reconstruction

22 JJC 2006 Luminosité Luminosité x4 pour le run7 Luminosité x4 pour le run7 Facteur 2 sur lerreur statistique Facteur 2 sur lerreur statistique Meilleur contrôle des systématiques Meilleur contrôle des systématiques Possibilité de mesures à plus haut p T Possibilité de mesures à plus haut p T Plus de points en rapidité Plus de points en rapidité Possibilité de mesurer le flot (nouveau « reaction plane detector » en plus du BBC) Possibilité de mesurer le flot (nouveau « reaction plane detector » en plus du BBC) hep-ex/ Comme en pp ?

23 JJC 2006 Amélioration grâce à lalignement Nouvelle méthode dalignement: Millepede Nouvelle méthode dalignement: Millepede Meilleure connaissance du détecteur Meilleure connaissance du détecteur Base de données mise à jour en août (run6) Base de données mise à jour en août (run6) Résidus : différence entre les coups mesurés dans un détecteur et lextrapolation de la trace à ce detecteur Les détecteurs sont davantage centrés ! Sans alignement Avant Millepede Millepede

24 JJC 2006 Efficacité de reconstruction 1/2 Embedding dans Hijing Embedding dans Hijing Occupation: # coups par piste, par évènement Occupation: # coups par piste, par évènement 50% dans les évènements centraux AuAu 50% dans les évènements centraux AuAu Efficacité: Efficacité: Est ce quen réduisant loccupation on augmente lefficacité de reconstruction ? Pas assez de gain en désactivant des anodes supplémentaires mais multiplicité Hijing moins grande que RD => test sur faisceau => test sur faisceau Acc x EffEfficacité - 40% + 20% Bras Sud Bras Nord

25 JJC 2006 Comment lefficacité de reconstruction est elle affectée par la position des coups dans les détecteurs ? Comment lefficacité de reconstruction est elle affectée par la position des coups dans les détecteurs ? Embedding dans les données réelles run4 Embedding dans les données réelles run4 Rouge: utilisation des coups MC quand il y en a Rouge: utilisation des coups MC quand il y en a Vert: erreur du fit = différence entre coup MC et position du fit Vert: erreur du fit = différence entre coup MC et position du fit Efficacité de reconstruction 2/2 Efficacité meilleure en utilisant les vraies informations 25% damélioration en utilisant une erreur plus réaliste Travaux en cours pour améliorer lerreur pour améliorer le fit

26 JJC 2006 Conclusion Données AuAu run4 Données AuAu run4 Les effets froids ne prédisent pas assez de suppressions Les effets froids ne prédisent pas assez de suppressions Combinaison: effets nucléaires froids, suppression « anormale », recombinaison ? tester les prédictions de la recombinaison vs dautres variables (ex : rapidité) Attente de prédictions vers lavant Run7 Run7 Luminosité x4 Luminosité x4 Meilleure connaissance du détecteur Meilleure connaissance du détecteur Diminution des barres derreurs Diminution des barres derreurs Plus de tranches en p T, y Plus de tranches en p T, y Etude du flot Etude du flot Référence pp run 6 Référence pp run 6 Upsilon ? Psi ? Upsilon ? Psi ?

Annexes

28 JJC 2006 Variables utilisées fréquement Transverse : perpendiculaire à la direction du faisceau Impulsion transverse : p T = sqrt( p 2 x + p 2 y ) Rapidité :y = 1/2 ln (E+p z )/(E-p z ) Pseudo rapidité : η = 1/2 ln (p+p z )/(p-p z ) Masse invariante : M 2 inv = (E 1 +E 2 ) 2 - (p 1 +p 2 ) 2

29 JJC 2006 Une sonde, le J/ Une sonde, le J/ Sonde « dure » Sonde « dure » J/ composé de 2 quarks charmés : c c J/ composé de 2 quarks charmés : c c Charme lourd: m J/ ~3.1 GeV/c² J/ produit très tôt Charme lourd: m J/ ~3.1 GeV/c² J/ produit très tôt Taille: r J/ ~0.2 fm < r hadron ~1 fm Taille: r J/ ~0.2 fm < r hadron ~1 fm Le J/ survivrait dans le PQG, jusquà T~2T Le J/ survivrait dans le PQG, jusquà T~2T C (QCD sur réseau) Mécanismes de production Mécanismes de production Fusion g+g Fusion g+g PDF Feed down Feed down J/ direct χcχcχcχc J/ J/ ~0.6~0.3~0.1 c c

30 JJC 2006 Dissociation par les gluons Ecrantage de couleur J/ Formation du J/ par recombinaison des cc Evolution dune collision Etat InitialMillieu nucléaireMilieu chaud et dense Phase mixed Freeze out Effets nucléaires froidsEffets du PQG Modification des PDF (shadowing, CGC, …) Absorption nucl. par les spectateurs (diffusion inélastique) Effet Cronin diffusion élastique => élargissement du p T Dissociation par des hadrons secondaires J/ Besoin de comprendre la production du J/ à chaque étape de la collision. gluons cc J/ J/ PDF temps Etat final

31 JJC 2006 Quelques µs après le Big Bang… …le plasma de quarks et de gluons? Univers froid gravité…relativité générale assez chaud pour ioniser les atomes E-M… physique atomique assez chaud pour la nucléosynthèse physique nucléaire trop chaud pour que les noyaux restent liés physique hadronique trop chaud pour que les hadrons restent liés Plasma de quarks et de gluons? QCD T > T c Gaz de hadrons confinement Plasma de quarks et de gluons Liberté asymptotique

32 JJC 2006 Quelques µs après le Big Bang… …le plasma de quarks et de gluons? trop chaud pour que les hadrons restent liés Plasma de quarks et de gluons? T > T c Gaz de hadrons Plasma de quarks et de gluons Collisions dions lourds

33 JJC 2006 RHIC protons: Linac Booster AGS RHIC ions: Tandems Booster AGS RHIC STAR PHENIX PHOBOS BRAHMS RunSpeciesE(GeV) # J/ (ee+ ) 01Au+Au Au+Aup+p d+Aup+p Au+AuAu+Au20062 ~ Cu+CuCu+CuCu+Cup+p ~ ~ p+pp+pp+p ~

34 JJC 2006 Centralité N part : # de nucléons participant à la collision Spectateurs : nucléons ne participant pas à la collision b : paramètre dimpact de la collision N coll : # de collisions nucléon-nucléon pour une collision A-B à une centralité donnée (simulé) La centralité est une grandeur permettant expérimentalement de catégoriser les évènements en fonction de leur paramètre dimpact. b Npart Spectateurs N part, N col, b, et la centralité sont liés via lutilisation dun modèle de Glauber (Woods-Saxon) central périphérique 0-10% 10-20% 20-30% Etc… 80-90%

35 JJC 2006 Plugged in Glauber model Glauber provides, for a given A+A collision at b AA, a set of N+N collisions occurring at b i 1 and b i 2. Glauber provides, for a given A+A collision at b AA, a set of N+N collisions occurring at b i 1 and b i 2. One minimal assumption is rapidity factorization: R AA (|y|,b AA ) = One minimal assumption is rapidity factorization: R AA (|y|,b AA ) = Σ collisions [ R dA (-y,b i 1 ) x R dA (+y,b i 2 ) ] / N coll Works (at least) for absorption & shadowing since production Works (at least) for absorption & shadowing since production ~ pdf1 x pdf2 x exp –ρσ(L 1 +L 2 ) b1b1 b2b2 b AA = x J/ψ = x J/ψ b1b1 b2b2 b AA

36 JJC 2006 Le bruit de fond Physique : dimuons corrélés Physique : dimuons corrélés Drell-Yan: Drell-Yan: Charme ouvert: Charme ouvert: D, D µ ± + … Combinatoire : dimuons non-corrélés Combinatoire : dimuons non-corrélés, K µ + … (désintégration avant labsorbeur), K µ + … (désintégration avant labsorbeur)

37 JJC 2006 Quest ce qui peut être désaligné ?

38 JJC 2006 Alignement

39 JJC 2006 Avant vs Après Millepede

40 JJC 2006 Préparation du run7 Extraction du signal Extraction du signal Fichiers double Hijing : mergeant 10 fichiers de chaque 10 bin en centralité Fichiers double Hijing : mergeant 10 fichiers de chaque 10 bin en centralité Nombre de J/ extrait apres soustraction du spectre des paires de même signes au fit du signal par une Gaussienne Nombre de J/ extrait apres soustraction du spectre des paires de même signes au fit du signal par une Gaussienne Efficacité x acceptance Efficacité x acceptance

41 JJC 2006 Comovers Capella & Ferreiro, hep-ph/ Dissociation par les comovers (hadrons, partons) moins de comoovers vers lavant => prediction est inverse aux données plus il y a de densité, moins il y a de suppression

42 JJC 2006 Systématiques SourceValeur Extraction du signal5 à 10 % MC statistiquenégligeable Acc x eff, dépendance avec la distribution dinput (PYTHIA) 4% Variation run à run3+2% Efficacité MuID4% Efficacité MuTR et paquets chauds2% Acceptance5% Correspondance entre MC et RD0 à 16%

43 JJC 2006 R AA vs y Quantitativement - Grandes barres derreur - peu de points en rapidité - Manque de prédictions détaillées 0mb 3mb CNM Max recombinaison Qualitativement - CNM : plat en fonction de y - régénération : R AA plus grand à mid-rapidité R. L. Thews, M. L. Mangano Phys.Rev. C73 (2006)