j/ µ + µ – @ phenix au+au @ 200 gev catherine silvestre cea (saclay) + llr (polytechnique)...
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J/J/µµ++µµ–– @ PHENIX @ PHENIX Au+Au @ 200 GeVAu+Au @ 200 GeV
Catherine SilvestreCatherine SilvestreCEA (Saclay) + LLR (Polytechnique)CEA (Saclay) + LLR (Polytechnique)
Journées Jeunes Chercheurs 2006Journées Jeunes Chercheurs 2006
2JJC 2006
SommaireSommaire
MotivationsMotivations
L’expérienceL’expérience
Principe des mesuresPrincipe des mesures
RésultatsRésultats
Run7Run7
3JJC 2006
Le J/Le J/
Méson lourdMéson lourd J/J/ composé de 2 quarks charmés : c c composé de 2 quarks charmés : c c Charme lourd: mCharme lourd: mJ/J/ ~3.1 GeV/c² ~3.1 GeV/c² J/ J/ produit très tôt produit très tôt
Taille: rTaille: rJ/J/ ~0.2 fm < r ~0.2 fm < rhadronhadron ~1 fm ~1 fm
Le J/Le J/ survivrait dans le PQG, jusqu’à T~2T survivrait dans le PQG, jusqu’à T~2TC (QCD sur réseau)
Mécanismes de productionMécanismes de production Fusion g+gFusion g+g
Feed downFeed down
J/J/ direct direct χχcc ’’
J/J/ ~0.6~0.6 ~0.3~0.3 ~0.1~0.1
c
c
4JJC 2006
Evolution d’une collisionEvolution d’une collisionEtat 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 l’état final à soustraire
Effet du PQG Dissociation par les gluons
Ecrantage de couleur
Formation du J/J/ par coalescence / recombinaison des cc
temps0 fm/c 2 fm/c
Pré-équilibre Hadronisation
7 fm/c
5JJC 2006
Comment étudier le Comment étudier le J/J/ ? ?
Base de référenceBase 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 d’ions lourds Mesures A+A
• Facteur de modification nucléaire• Impulsion transverse• Spectre en rapidité
Au+Au
6JJC 2006
SommaireSommaire
MotivationsMotivations L’expérienceL’expérience
RHICRHIC Le spectromètre à muonsLe spectromètre à muons
Principe des mesuresPrincipe des mesures Resultats Resultats Run7Run7
7JJC 2006
RHICRHIC, , Relativistic Heavy Ion ColliderRelativistic Heavy Ion Collider
protons: Linac Booster AGS RHIC
ions: Tandems Booster AGS RHIC
STAR
PHENIX
PHOBOS BRAHMS
RunRun SpeciesSpecies E(GeV)E(GeV) # J/# J/ (ee+ (ee+))
0101 Au+AuAu+Au 130130 00
0202 Au+AuAu+Au
p+pp+p
200200
200200
13 + 013 + 0
46 + 6646 + 66
0303 d+Aud+Au
p+pp+p
200200
200200
360 + 1660360 + 1660
130 + 450130 + 450
0404 Au+AuAu+Au
Au+AuAu+Au
200200
6262
~ 1000 + 5000~ 1000 + 5000
13 + 013 + 0
0505 Cu+CuCu+Cu
Cu+CuCu+Cu
Cu+CuCu+Cu
p+pp+p
200200
6262
22.522.5
200200
~ 1000 + 10000~ 1000 + 10000
10 + 20010 + 200
~ 1500 + 10000~ 1500 + 10000
0606 p+pp+p
p+pp+p
p+pp+p
200200
6262
500500
~ 3000 + 30000~ 3000 + 30000
8JJC 2006
Le spectromètre à muonsLe spectromètre à muons
J/ µ+µ- (BR ~ 6%)
p>2 GeV/c1.2<|y|<2.2
=2
• Absorbeur frontal réduction du # de hadrons
• MuTR mesure l’impulsion grâce à des chambres à fils à cathodes segmentées
• MuID identifie les muons via une correspondance entre la profondeur de pénétration et l’impulsion grâce à des tubes Iarocci + absorbeur
• BBC , ZDCluminosité, vertex, centralité
35°35°
10°12°
MuIDMuTR
BBC
9JJC 2006
SommaireSommaire
MotivationsMotivations L’expérienceL’expérience Principe des mesuresPrincipe des mesures
La centralitéLa centralité Le taux de production du Le taux de production du J/J/ Extraction du signal Extraction du signal Corrections d’acceptance Corrections d’acceptance xx efficacité efficacité SystématiquesSystématiques
RésultatsRésultats Run7Run7
10JJC 2006
CentralitéCentralité
b : paramètre d’impact de la collision
Npart : # de nucléons participant à la collision
Spectateurs : nucléons ne participant pas à la collision
Ncoll : # 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 d’impact.
b
Npart
Spectateurs
centralpériphérique
0-10%10-20%20
-30%Etc
…
80-90%
liés via un modèle de Glauber
(Woods-Saxon)
11JJC 2006
Taux de production et Taux de production et RRAAAA
Taux de production du J/J/ par unité de rapidité et par collision inélastique (“ yield”)
Rapport de modification nucléaire
• BB rapport de branchement pour le canal de désintégration détecté
• yy rapidité du J/ (mesurée) (mesurée)
• NJ/ nombre de J/ (mesuré) (mesuré)
•AJ/ corrections d’efficacité et d’acceptance du détecteur (simulées) (simulées)
• J/BBC efficacité du trigger (ici BBC) sur des évènements contenant un J/ (simulée) (simulée)
• NMB nombre d’évènements dans le BBC (mesuré) (mesuré)
• MBBBC efficacité du trigger pour tous les évènements (simulée)(simulée)
MB
MB
d
d
N
ε.
.εΔy.Aε
N
y
NB BBC
ψJBBCψJ
ψJJ/ψ ppcoll
AAAA yieldN
yieldR
.
RAA=1 en l’absence tout effet d’interaction (normal ou anormal) avec le milieu
12JJC 2006
Extraction du signalExtraction du signalMB
MB
d
d
N
ε.
.εΔy.Aε
N
y
NB BBC
ψJBBCψJ
ψJJ/ψ
Bruit de fond combinatoire: décroissances secondairesBruit de fond combinatoire: décroissances secondaires Estimation par Event Mixing normalisé aux spectres Estimation par Event Mixing normalisé aux spectres µ+µ+ et µ-µ-
CoupuresCoupures Sur les dimuons : 2.6 < masse < 3.6 GeV/c², 1.2 < |rapidité| < 2.2Sur les dimuons : 2.6 < masse < 3.6 GeV/c², 1.2 < |rapidité| < 2.2 Sur la qualité des traces (Sur la qualité des traces (χχ22, nombre de coups), nombre de coups)
SignalSignal # de coups dans la région de masse invariante après soustraction du # de coups dans la région de masse invariante après soustraction du bruit de fond combinatoire et physique (open charm et Drell Yan)bruit de fond combinatoire et physique (open charm et Drell Yan)
µµ fg(+-)-Mixed bg
13JJC 2006
Génération des Génération des J/J/ par PYTHIA sur 4 par PYTHIA sur 4ππ Simulations Simulations
mélange de mélange de J/J/ simulés dans des évènements réels (embedding)simulés dans des évènements réels (embedding) réponse (inefficacité, zones mortes, gain)réponse (inefficacité, zones mortes, gain) même reconstruction qu’avec les données réelles même reconstruction qu’avec les données réelles
Corrections d’eff Corrections d’eff x x acc acc MB
MB
d
d
N
ε.
.εΔy.Aε
N
y
NB BBC
ψJBBCψJ
ψJJ/ψ
• Par définition, l’acceptance (~10%) est plate en fonction de la centralité
• L’efficacité diminue pour les collisions les plus centrales car le taux d’occupation dans les détecteurs augmente
• L’effet est + marqué dans le bras nord car à même centralité, la multiplicité est + grande
Bras Sud
Bras Nord
14JJC 2006
SystématiquesSystématiques Extraction du signal 20%Extraction du signal 20%
Variation du facteur de normalisation du bruit de fond mixé de +/- Variation du facteur de normalisation du bruit de fond mixé de +/- 2%2%
Utilisation d’un fit de gaussienne + bruit de fond exponentiel sur Utilisation d’un fit de gaussienne + bruit de fond exponentiel sur le spectre après soustractionle spectre après soustraction
Utilisation du nombre de coups dans les spectres like-sign après Utilisation du nombre de coups dans les spectres like-sign après soustraction (idéalement nul)soustraction (idéalement nul)
=> Le plus grand écart mesuré par rapport à la valeur moyenne est utilisé comme erreur systématique
Autres contributionsAutres contributions Incertitude sur l’efficacité x acceptance 4%Incertitude sur l’efficacité x acceptance 4%
• Mesure de l’efficacité des détecteursMesure de l’efficacité des détecteurs• Dépendance par rapport aux distributions simulées de J/Dépendance par rapport aux distributions simulées de J/• Incertitude sur l’effet de coupure RD vs MCIncertitude sur l’effet de coupure RD vs MC
Incertitude sur NIncertitude sur Ncollcoll Incertitude sur la mesure p+p (pour le RIncertitude sur la mesure p+p (pour le RAAAA))
Erreur dominante pour Au+Au
15JJC 2006
SommaireSommaire
MotivationsMotivations L’expérienceL’expérience Principe des mesuresPrincipe des mesures RésultatsRésultats
Rapport de modification nucléaire, RRapport de modification nucléaire, RAA AA
Rapidité, yRapidité, y Impulsion transverse, PImpulsion transverse, PTT
Run7Run7
16JJC 2006
PHENIX Run4 AuAu : résultats finaux (nucl-ex/0611020)PHENIX Run4 AuAu : résultats finaux (nucl-ex/0611020) 11èresères mesures vers l’avant du J/ mesures vers l’avant du J/ à RHIC en collisions à RHIC en collisions
Au+AuAu+Au
RRAAAA vs N vs Npartpart
Si les effets sont les même en pp qu’en
AuAu, RAA=1
Suppression pour les collisions les plus centrales
suppression forward > suppression mid-rapidity
Erreurs
Barres: non corréléesBoîtes: corrélées
Besoin de réduire les barres d’erreurs
17JJC 2006
Effets nucléaires froids (CNM)Effets nucléaires froids (CNM)
Ligne noire: CNM extrapolés à partir de dAu (modèle indépendant) Lignes bleues: absorption normale + shadowing
SUPPRESSION ANORMALESUPPRESSION ANORMALE
Suppression + grande que CNM
18JJC 2006
RRAAAA vs y vs y
Quantitativement
- Grandes barres d’erreur
- peu de points en rapidité
- Manque de prédictions détaillées
Qualitativement
- CNM : plat en fonction de y
- régénération : RAA plus grand à mid-rapidité
19JJC 2006
RRAAAA vs vs ppTT
Besoin d’affiner les données,d’augmenter le pT, …
20JJC 2006
Bilan modèlesBilan modèles
Premières données vers l’avant !Premières données vers l’avant ! Manque des modèles théoriques Manque des modèles théoriques
• Des modèles de coalescence / recombinaison: Des modèles de coalescence / recombinaison: seulement à mid-rapiditéseulement à mid-rapidité
Premiers spectres en pPremiers spectres en pTT, y !, y ! Pas de modèles détaillés en pPas de modèles détaillés en pTT, y, y
Besoin de contraindre, d’affinerBesoin de contraindre, d’affiner• Effets nucléaires froids (run dAu?)Effets nucléaires froids (run dAu?)• Mesure du charmeMesure du charme• Autres variables (flot?)Autres variables (flot?)• Prochain run AuAuProchain run AuAu
21JJC 2006
SommaireSommaire
MotivationsMotivations L’expérienceL’expérience Principe des mesuresPrincipe des mesures ResultatsResultats Run7Run7
LuminositéLuminosité AlignementAlignement Efficacité de reconstructionEfficacité de reconstruction
• AnodesAnodes• reconstructionreconstruction
22JJC 2006
LuminositéLuminosité
Luminosité x4 pour le run7Luminosité x4 pour le run7 Facteur 2 sur l’erreur statistiqueFacteur 2 sur l’erreur statistique Meilleur contrôle des systématiquesMeilleur contrôle des systématiques Possibilité de mesures à plus haut Possibilité de mesures à plus haut ppTT
Plus de points en rapidité Plus de points en rapidité Possibilité de mesurer le flot (nouveau Possibilité de mesurer le flot (nouveau
« reaction plane detector » en plus du BBC)« reaction plane detector » en plus du BBC)
hep-ex/0611020
Comme en pp ?
23JJC 2006
Amélioration grâce à l’alignementAmélioration grâce à l’alignement
Nouvelle Nouvelle méthode d’alignement: Millepedeméthode d’alignement: Millepede
Meilleure connaissance du détecteurMeilleure 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 l’extrapolation de la trace à ce detecteur
Les détecteurs sont davantage centrés !
Sans alignement
Avant MillepedeMillepede
24JJC 2006
Efficacité de reconstruction 1/2Efficacité de reconstruction 1/2 Embedding dans HijingEmbedding dans Hijing Occupation: # coups par piste, par évènementOccupation: # coups par piste, par évènement
50% dans les évènements centraux AuAu50% dans les évènements centraux AuAu Efficacité:Efficacité:
Est ce qu’en réduisant l’occupation on Est ce qu’en réduisant l’occupation on augmente l’efficacité de reconstruction ?augmente l’efficacité de reconstruction ?
Pas assez de gain en Pas assez de gain en désactivant des anodes désactivant des anodes supplémentairessupplémentaires
mais multiplicité Hijing mais multiplicité Hijing moins grande que RDmoins grande que RD
=> test sur faisceau=> test sur faisceau
Acc x Eff Efficacité
- 40%- 40%
+ 20%+ 20%
Bras Sud
Bras Nord
25JJC 2006
Comment l’efficacité de reconstruction est elle affectée Comment l’efficacité de reconstruction est elle affectée par la position des coups dans les détecteurs ?par la position des coups dans les détecteurs ? Embedding dans les données réelles run4Embedding dans les données réelles run4 Rouge: utilisation des coups MC quand il y en aRouge: utilisation des coups MC quand il y en a Vert: erreur du fit = différence entre coup MC et position du fitVert: erreur du fit = différence entre coup MC et position du fit
Efficacité de reconstruction 2/2Efficacité de reconstruction 2/2
Efficacité meilleure en utilisant les vraies informations
25% d’amélioration en utilisant une erreur plus réaliste
Travaux en cours pour améliorer l’erreur pour améliorer le fit
26JJC 2006
ConclusionConclusion Données AuAu run4Données AuAu run4
Les effets froids ne prédisent pas assez de Les effets froids ne prédisent pas assez de suppressionssuppressions
Combinaison: effets nucléaires froids, suppression « anormale », recombinaison ?
• tester les prédictions de la recombinaison vs d’autres variables (ex : rapidité)
Attente de prédictions vers l’avant Run7Run7
Luminosité x4Luminosité x4 Meilleure connaissance du détecteurMeilleure connaissance du détecteur
• Diminution des barres d’erreurs Diminution des barres d’erreurs • Plus de tranches en pPlus de tranches en pTT, y, y• Etude du flotEtude du flot
Référence pp run 6Référence pp run 6• Upsilon ? Psi’ ?Upsilon ? Psi’ ?
AnnexesAnnexes
28JJC 2006
Variables utilisées fréquementVariables utilisées fréquement Transverse : perpendiculaire à la direction du faisceau Impulsion transverse : pT = sqrt( p2
x + p2y )
Rapidité : y = 1/2 ln (E+pz )/(E-pz)
Pseudo rapidité : η = 1/2 ln (p+pz )/(p-pz)
Masse invariante : M2inv = (E1 +E2) 2 - (p1+p2)2
29JJC 2006
Une sonde, le Une sonde, le J/J/
Sonde « dure »Sonde « dure » J/J/ composé de 2 quarks charmés : c c composé de 2 quarks charmés : c c Charme lourd: mCharme lourd: mJ/J/ ~3.1 GeV/c² ~3.1 GeV/c² J/ J/ produit très tôt produit très tôt
Taille: rTaille: rJ/J/ ~0.2 fm < r ~0.2 fm < rhadronhadron ~1 fm ~1 fm
Le J/Le J/ survivrait dans le PQG, jusqu’à T~2T survivrait dans le PQG, jusqu’à T~2TC (QCD sur réseau)
Mécanismes de productionMécanismes de production Fusion g+gFusion g+g
Feed downFeed down
J/J/ direct direct χχcc ’’
J/J/ ~0.6~0.6 ~0.3~0.3 ~0.1~0.1
c
c
30JJC 2006
• Dissociation par les gluons• Ecrantage de couleur
• Formation du J/J/ par recombinaison des cc
Evolution d’une collisionEvolution d’une collisionEtat Initial Millieu nucléaire Milieu chaud et dense
Phase mixedFreeze out
Effets nucléaires froids Effets du PQG• Modification des PDF(shadowing, CGC, …)
• Absorption nucl. par les spectateurs (diffusion inélastique)
• Effet Cronin diffusion élastique => élargissement du pT
• Dissociation par des hadrons secondaires
gluonscc
J/J/
temps
Etat final
31JJC 2006
Quelques µs après le Big Bang…Quelques µs après le Big Bang…
……le plasma de quarks et de gluons?le plasma de quarks et de gluons?
Univers froidgravité…relativité générale
assez chaud pour ioniser les atomes
E-M… physique atomiqueassez 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 > TcGaz de hadrons
confinement
Plasma de quarks
et de gluons
Liberté asymptotique
32JJC 2006
Quelques µs après le Big Bang…Quelques µs après le Big Bang…
……le plasma de quarks et de gluons?le plasma de quarks et de gluons?
trop chaud pour que les hadrons restent liés
Plasma de quarks et de gluons?
T > TcGaz de hadrons
Plasma de quarks
et de gluons
Col
lisi
ons
d’io
ns lo
urds
33JJC 2006
RHICRHIC
protons: Linac Booster AGS RHIC
ions: Tandems Booster AGS RHIC
STAR
PHENIX
PHOBOS BRAHMS
RunRun SpeciesSpecies E(GeV)E(GeV) # J/# J/ (ee+ (ee+))
0101 Au+AuAu+Au 130130 00
0202 Au+AuAu+Au
p+pp+p
200200
200200
13 + 013 + 0
46 + 6646 + 66
0303 d+Aud+Au
p+pp+p
200200
200200
360 + 1660360 + 1660
130 + 450130 + 450
0404 Au+AuAu+Au
Au+AuAu+Au
200200
6262
~ 1000 + 5000~ 1000 + 5000
13 + 013 + 0
0505 Cu+CuCu+Cu
Cu+CuCu+Cu
Cu+CuCu+Cu
p+pp+p
200200
6262
22.522.5
200200
~ 1000 + 10000~ 1000 + 10000
10 + 20010 + 200
~ 1500 + 10000~ 1500 + 10000
0606 p+pp+p
p+pp+p
p+pp+p
200200
6262
500500
~ 3000 + 30000~ 3000 + 30000
34JJC 2006
CentralitéCentralitéNpart : # de nucléons participant à la collision
Spectateurs : nucléons ne participant pas à la collision
b : paramètre d’impact de la collision
Ncoll : # 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 d’impact.
b
Npart
Spectateurs
• Npart, Ncol, b, et la centralité sont liés via l’utilisation d’un modèle de Glauber (Woods-Saxon)
centralpériphérique
0-10%10-20%20
-30%Etc
…
80-90%
35JJC 2006
Plugged in Glauber modelPlugged in Glauber model
Glauber provides, for a given A+A Glauber provides, for a given A+A
collision at bcollision at bAAAA, a set of N+N collisions , a set of N+N collisions
occurring atoccurring at b bii11 andand bbii
22..
One minimal assumption is rapidity One minimal assumption is rapidity
factorization: Rfactorization: RAAAA(|y|,b(|y|,bAAAA) = ) =
ΣΣcollisions collisions [ [ RRdA dA (-y,b(-y,bii11) x ) x RRdAdA (+y,b (+y,bii
22) ] / N) ] / Ncollcoll
Works (at least) for absorption & Works (at least) for absorption &
shadowing since productionshadowing since production
~~ pdf1 pdf1 xx pdf2pdf2 x exp –x exp –ρρσ(σ(LL11++LL22))
b1 b2
bAA
= x
J/ψ
= x
J/ψ J/ψ
b1 b2
bAA
36JJC 2006
Le bruit de fondLe bruit de fond
Physique : dimuons corrélésPhysique : dimuons corrélés
Drell-Yan: Drell-Yan:
Charme ouvert: Charme ouvert: D, D D, D µ µ±± + … + …
Combinatoire : dimuons non-corrélésCombinatoire : dimuons non-corrélés
, K, K µ µ + … (désintégration avant l’absorbeur) + … (désintégration avant l’absorbeur)
37JJC 2006
Qu’est ce qui peut être désaligné ?Qu’est ce qui peut être désaligné ?
38JJC 2006
AlignementAlignement
39JJC 2006
Avant vs Après MillepedeAvant vs Après Millepede
40JJC 2006
Préparation du run7Préparation du run7 Extraction du signalExtraction du signal
Fichiers double Hijing : mergeant 10 fichiers de chaque Fichiers double Hijing : mergeant 10 fichiers de chaque 10 bin en centralité10 bin en centralité
Nombre de Nombre de J/ J/ extrait apres soustraction du spectre extrait apres soustraction du spectre des paires de même signes au fit du signal par une des paires de même signes au fit du signal par une GaussienneGaussienne
Efficacité Efficacité xx acceptance acceptance
41JJC 2006
ComoversComovers
Capella & Ferreiro, hep-ph/0610313
Dissociation par les comovers (hadrons, partons)moins de comoovers vers l’avant
=> prediction est inverse aux données
plus il y a de densité, moins il y a de suppression
42JJC 2006
SystématiquesSystématiquesSource Valeur
Extraction du signal 5 à 10 %
MC statistique négligeable
Acc x eff, dépendance avec la distribution d’input (PYTHIA)
4%
Variation run à run 3+2%
Efficacité MuID 4%
Efficacité MuTR et paquets chauds 2%
Acceptance 5%
Correspondance entre MC et RD 0 à 16%
43JJC 2006
RRAAAA vs y vs y
Quantitativement
- Grandes barres d’erreur
- peu de points en rapidité
- Manque de prédictions détaillées
0mb
3mbCNM
Max recombinaison
Qualitativement
- CNM : plat en fonction de y
- régénération : RAA plus grand à mid-rapidité
R. L. Thews, M. L. Mangano Phys.Rev. C73 (2006) 014904
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