Bo#omonia produc.on in AA collisions Michael Strickland - PowerPoint PPT Presentation

Bo#omonia ¡produc.on ¡in ¡AA ¡collisions ¡ Michael ¡Strickland ¡ Kent ¡State ¡University ¡ Kent, ¡OH ¡USA ¡ 6th ¡Workshop ¡of ¡the ¡APS ¡Topical ¡Group ¡on ¡Hadronic ¡Physics ¡ ¡ April ¡8 ¡2015 ¡

Heavy ¡Quarkonium ¡Suppression ¡ In ¡a ¡high ¡temperature ¡quark ¡gluon ¡plasma ¡ • we ¡expect ¡ weaker ¡color ¡binding ¡ (Debye ¡ screening ¡+ ¡asymptoPc ¡freedom) ¡ Also, ¡high ¡energy ¡plasma ¡parPcles ¡which ¡ • slam ¡into ¡the ¡bound ¡states ¡cause ¡them ¡to ¡ have ¡shorter ¡lifePmes ¡ à ¡ larger ¡spectral ¡ widths ¡ M. ¡Strickland ¡ 2 ¡

Why ¡Bo#omonia ¡in ¡AA? ¡ • Heavy ¡quark ¡effecPve ¡theory ¡on ¡surer ¡fooPng ¡than ¡for ¡charmonia ¡ • Cold ¡nuclear ¡maUer ¡(CNM) ¡effects ¡are ¡much ¡ ¡ smaller ¡than ¡for ¡the ¡charmonia ¡ ¡ • The ¡masses ¡of ¡boUomonia ¡are ¡much ¡ ¡ higher ¡than ¡the ¡temperature ¡(T ¡< ¡1 ¡GeV) ¡ ¡ generated ¡in ¡HICs ¡ à ¡boUomonia ¡producPon ¡ ¡ dominated ¡by ¡iniPal ¡hard ¡scaUerings ¡ • Since ¡boUom ¡quarks ¡and ¡anP-­‑quarks ¡are ¡ ¡ A. ¡Mocsy, ¡P. ¡Petreczky, ¡ ¡ ¡ ¡and ¡MS, ¡1302.2180 ¡ relaPvely ¡rare ¡in ¡LHC ¡HICs, ¡the ¡probability ¡for ¡ ¡ regeneraPon ¡of ¡boUomonia ¡through ¡staPsPcal ¡ ¡ recombinaPon ¡is ¡much ¡smaller ¡than ¡for ¡charm ¡quarks ¡ ¡ [see ¡e.g. ¡E. ¡Emerick, ¡X. ¡Zhao, ¡and ¡R. ¡Rapp, ¡arXiv:1111.6537] ¡ M. ¡Strickland ¡ 3 ¡

Why ¡Bo#omonia ¡in ¡AA? ¡ • Heavy ¡quark ¡effecPve ¡theory ¡on ¡surer ¡fooPng ¡than ¡for ¡charmonia ¡ • Cold ¡nuclear ¡maUer ¡(CNM) ¡effects ¡are ¡much ¡ ¡ smaller ¡than ¡for ¡the ¡charmonia ¡ ¡ • The ¡masses ¡of ¡boUomonia ¡are ¡much ¡ ¡ higher ¡than ¡the ¡temperature ¡(T ¡< ¡1 ¡GeV) ¡ ¡ It’s ¡complicated ¡ generated ¡in ¡HICs ¡ à ¡boUomonia ¡producPon ¡ ¡ dominated ¡by ¡iniPal ¡hard ¡scaUerings ¡ • Since ¡boUom ¡quarks ¡and ¡anP-­‑quarks ¡are ¡ ¡ A. ¡Mocsy, ¡P. ¡Petreczky, ¡ ¡ ¡ ¡and ¡MS, ¡1302.2180 ¡ relaPvely ¡rare ¡in ¡LHC ¡HICs, ¡the ¡probability ¡for ¡ ¡ regeneraPon ¡of ¡boUomonia ¡through ¡staPsPcal ¡ ¡ recombinaPon ¡is ¡much ¡smaller ¡than ¡for ¡charm ¡quarks ¡ ¡ [see ¡e.g. ¡E. ¡Emerick, ¡X. ¡Zhao, ¡and ¡R. ¡Rapp, ¡arXiv:1111.6537] ¡ M. ¡Strickland ¡ 4 ¡

Good ¡news ¡and ¡bad ¡news ¡ • Large ¡binding ¡energies ¡ à ¡short ¡formaPon ¡Pmes ¡ • FormaPon ¡Pme ¡for ¡Y(1s), ¡for ¡example, ¡is ¡≈ ¡0.2 ¡fm/c ¡ • This ¡comes ¡at ¡a ¡cost: ¡ ¡ We ¡need ¡to ¡reliably ¡model ¡the ¡ ¡ early-­‑.me ¡dynamics ¡since ¡quarkonia ¡are ¡born ¡into ¡it ¡ • In ¡addiPon, ¡producPon ¡verPces ¡ ¡ 3.5 can ¡be ¡anywhere ¡in ¡the ¡transverse ¡ 3.0 plane, ¡not ¡just ¡the ¡central ¡hoUest ¡ ¡ 2.5 r T AA H r L 2.0 region ¡ ¡ 1.5 • For ¡example, ¡for ¡a ¡central ¡collision ¡ ¡ 1.0 0.5 the ¡most ¡probable ¡<r> ¡~ ¡3.2 ¡ ¡fm ¡ 0.0 0 2 4 6 8 10 12 • Therefore, ¡we ¡also ¡need ¡to ¡reliably ¡ ¡ r @ fm D describe ¡the ¡dynamics ¡in ¡the ¡full ¡transverse ¡plane ¡ M. ¡Strickland ¡ 5 ¡

2011 ¡CMS ¡Data ¡ The ¡ CMS ¡(Compact ¡Muon ¡Solenoid) ¡experiment ¡has ¡measured ¡ boUomonium ¡spectra ¡for ¡both ¡pp ¡and ¡Pb-­‑Pb ¡collisions. ¡ ¡With ¡this ¡ we ¡can ¡extract ¡R AA ¡experimentally ¡ p-­‑p ¡ Pb-­‑Pb ¡ 800 ) ) 50 2 2 Events / ( 0.1 GeV/c Events / ( 0.1 GeV/c Preliminary CMS pp s = 2.76 TeV Preliminary CMS PbPb s = 2.76 TeV NN 700 |y| < 2.4 Cent. 0-100%, |y| < 2.4 40 µ µ p > 4 GeV/c p > 4 GeV/c 600 T T -1 -1 L = 231 nb L = 150 b µ int int 500 30 data data 400 total fit total fit background background 20 300 200 10 100 PRL ¡109 ¡(2012) ¡222301 ¡ 0 0 7 8 9 10 11 12 13 14 7 8 9 10 11 12 13 14 2 2 m (GeV/c ) m (GeV/c ) µ µ µ µ M. ¡Strickland ¡ 6 ¡

QGP ¡Dynamics ¡ M. ¡Strickland ¡ 7 ¡

LHC ¡Heavy ¡Ion ¡Collision ¡Timescales ¡ M. ¡Strickland ¡ 8 ¡

QGP ¡momentum ¡anisotropy ¡cartoon ¡ shear ¡viscosity ¡ Decreasing ¡ ¡ M. ¡Strickland ¡ 9 ¡

Anisotropic ¡Hydrodynamics ¡Basics ¡ M. ¡MarPnez ¡and ¡MS, ¡1007.0889 ¡ W. ¡Florkowski ¡and ¡R. ¡Ryblewski, ¡1007.0130 ¡ Viscous ¡Hydrodynamics ¡Expansion ¡ f ( τ , x , p ) = f eq ( p , T ( τ , x )) + δ f Isotropic ¡in ¡momentum ¡space ¡ Treat ¡this ¡term ¡ Anisotropic ¡Hydrodynamics ¡Expansion ¡ “perturbaPvely” ¡ D. ¡Bazow, ¡U. ¡Heinz, ¡ and ¡MS, ¡1311.6720 ¡ ) + δ ˜ f ( τ , x , p ) = f aniso ( p , Λ ( τ , x ) , ξ ( τ , x ) f | {z } | {z } T ⊥ anisotropy à ¡“Romatschke-­‑Strickland” ¡form ¡in ¡LRF ¡ prolate ¡ oblate ¡ p p 2 + ξ ( x , τ ) p 2 ! z f LRF aniso = f iso Λ ( x , τ ) ξ = h p 2 T i L i � 1 2 h p 2 M. ¡Strickland ¡ 10 ¡

Transverse ¡Dynamics ¡ ¡ Pb-­‑Pb ¡@ ¡2.76 ¡TeV ¡ T 0 ¡= ¡600 ¡MeV ¡ τ 0 ¡= ¡0.25 ¡fm/c ¡ b ¡= ¡7 ¡fm ¡ M. ¡MarPnez, ¡R. ¡Ryblewski, ¡and ¡MS, ¡1204.1473 ¡ M. ¡Strickland ¡ 11

Heavy ¡Quark ¡Poten.al ¡ M. ¡Strickland ¡ 12 ¡

Anisotropic ¡Heavy ¡Quark ¡Poten.al ¡ Using ¡the ¡real-­‑Pme ¡formalism ¡one ¡can ¡express ¡the ¡potenPal ¡in ¡terms ¡of ¡the ¡ sta$c ¡ advanced, ¡retarded, ¡and ¡Feynman ¡propagators ¡ d 3 p (2 π ) 3 ( e i p · r − 1)1 Z ⇣ ⌘ D ∗ L R + D ∗ L A + D ∗ L V ( r , ξ ) = − g 2 C F F 2 Real ¡part ¡can ¡be ¡wriUen ¡as ¡ p 2 + m 2 α + m 2 d 3 p Z γ (2 π ) 3 e i p · r Re[ V ( r , ξ )] = − g 2 C F ( p 2 + m 2 γ )( p 2 + m 2 β ) − m 4 α + m 2 δ With ¡direcPon-­‑dependent ¡masses, ¡e.g. ¡ Anisotropic ¡potenPal ¡calculaPon: ¡ ¡Dumitru, ¡Guo, ¡and ¡MS, ¡0711.4722 ¡and ¡0903.4703 ¡ Gluon ¡propagator ¡in ¡an ¡anisotropic ¡plasma: ¡ ¡Romatschke ¡and ¡MS, ¡hep-­‑ph/0304092 ¡ M. ¡Strickland ¡ 13 ¡

Full ¡anisotropic ¡poten.al ¡ Result ¡can ¡be ¡ • parameterized ¡as ¡a ¡Debye-­‑ screened ¡potenPal ¡with ¡a ¡ direcPon-­‑dependent ¡ Debye ¡mass ¡ ¡ D ¡Bazow ¡and ¡MS, ¡1112.2761; ¡MS, ¡1106.2571. ¡ ¡ Internal ¡Energy ¡ The ¡potenPal ¡also ¡has ¡an ¡ • imaginary ¡part ¡coming ¡ from ¡the ¡Landau ¡damping ¡ of ¡the ¡exchanged ¡gluon! ¡ ¡ This ¡imaginary ¡part ¡also ¡ • exists ¡in ¡the ¡isotropic ¡case ¡ ¡ Laine ¡et ¡al ¡hep-­‑ph/0611300 ¡ Dumitru, ¡Guo, ¡Mocsy, ¡and ¡MS, ¡0901.1998 ¡ ¡ Used ¡this ¡as ¡a ¡model ¡for ¡ • the ¡free ¡energy ¡(F) ¡and ¡also ¡ obtained ¡ ¡internal ¡energy ¡ Dumitru, ¡Guo, ¡and ¡MS, ¡0711.4722 ¡and ¡0903.4703 ¡ (U) ¡from ¡this. ¡ Burnier, ¡Laine, ¡Vepsalainen, ¡arXiv:0903.3467 ¡(aniso) ¡ M. ¡Strickland ¡ 14 ¡

Solve ¡the ¡3d ¡Schrödinger ¡EQ ¡ with ¡complex-­‑valued ¡poten.al ¡ Yager-­‑Elorriaga ¡and ¡Ms; ¡0901.1998; ¡MargoUa, ¡MS, ¡et ¡al, ¡1101.4651 ¡ ¡ Obtain ¡real ¡and ¡imaginary ¡parts ¡of ¡the ¡binding ¡ energies ¡for ¡the ¡ ϒ (1s), ¡ ϒ (2s), ¡ ϒ (3s), ¡ χ b1 , ¡and ¡ χ b2 ¡ M. ¡Strickland ¡ 15 ¡