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/

PDF

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