Electromagne,c Probes: Recent Developments Quark Ma:er - - PowerPoint PPT Presentation

SLIDE 1

Electromagne,c ¡Probes: ¡ Recent ¡Developments ¡

• Quark ¡Ma:er ¡2014 ¡Student ¡Day, ¡May ¡18, ¡2014 ¡
• Klaus ¡Reygers ¡

Physikalisches ¡Ins,tut ¡ University ¡of ¡Heidelberg ¡

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Outline

■ Electro-­‑weak ¡par.cles ¡(W, ¡Z, ¡high-­‑pT ¡direct ¡photons) ¡as ¡probes ¡of ¡the ¡ini.al ¡ nuclear ¡wave ¡func.on
 ■ Low-­‑pT ¡direct ¡photons ¡(pT ¡< ¡4 ¡GeV/c) ¡

• Experimental ¡methods ¡
• Spectra ¡and ¡ ¡flow ¡
• Direct-­‑photon ¡(flow) ¡puzzle


■ Dileptons

2

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

3

• 1. ¡Probes ¡of ¡the ¡ini.al ¡wave ¡func.on

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High ¡pT ¡(> ¡4 ¡GeV/c) ¡direct ¡photons ¡at ¡RHIC

γdirect ¡= ¡γdecay ¡at ¡pT ¡≈ ¡6 ¡GeV/c ¡in ¡central ¡Au+Au ¡at ¡RHIC

4

Rγ = γinclusive/γdecay = 1 + γdirect/γdecay

γ

R

1 2 3 4 5 6 7

=200 GeV

NN

s Au+Au, 0-92%

a)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

γ

R

2 4 6 8 10 12 =200 GeV

NN

s Au+Au, 0-5%

b)

(GeV/c)

T

p

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

γ

R

0.5 1 1.5 2 2.5 3

=200 GeV

NN

s Au+Au, 60-92%

PbSc PbGl

c)

PHENIX, ¡PRL ¡109 ¡(2012) ¡152302 ¡

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Direct ¡photon ¡RAA ¡≈ ¡1 ¡in ¡central ¡Au+Au ¡at ¡RHIC ¡confirms ¡TAB ¡scaling

■ Isospin ¡effect ¡+ ¡modifica.on ¡of ¡nuclear ¡PDF’s ¡consistent ¡with ¡the ¡data ¡ ■ However, ¡no ¡strong ¡constraints ¡on ¡nuclear ¡pdf ¡within ¡current ¡certain.es

5

(GeV/c)

T

p

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

AA

R

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2

=200 GeV

NN

s Au+Au, , 0-5%

AA

R γ direct

Isospin effect EPS09 PDF [5] prompt+qgp [2,4] E [3] ∆ coherent+conversion+

RAA(pT) = 1/Nevt

AAd2NAA/dpTdy

hTAAi ⇥ d2σpp/dpTdy

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Reminder: ¡TAB ¡scaling ¡of ¡high-­‑pT ¡direct ¡photons ¡is ¡a ¡cornerstone ¡of ¡the ¡ parton ¡energy ¡loss ¡interpreta,on ¡of ¡hadron ¡suppression

6

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TAB ¡Scaling ¡confirmed ¡at ¡the ¡LHC ¡with ¡Z, ¡W, ¡and ¡Direct ¡Photons

7

[GeV]

Z T

p 1 10

2

10 ]

• 2

[GeV

T

dp

T

p

|y|<2.5 ll → Z

dN

events

N

7

10

• 2

10

3

10

ATLAS = 2.76 TeV

NN

s Pb+Pb Data 2011

• 1

= 0.15 nb

int

L 100) × 0-5% ( 20) × 5-10% ( 5) × 10-20% ( 20-40% 40-80%

[GeV]

Z T

p 1 10

2

10

1 2

40-80%

1 2

20-40%

1 2

10-20%

Data /

1 2

5-10%

Model

1 2

0-5%

[GeV]

ee

m 70 80 90 100 110 ]

• 1

dm [GeV ⁄ dN 50 100

ee → Z Opposite sign: 772 Same sign: 42 ATLAS = 2.76 TeV

NN

s Pb+Pb

• 1

= 0.15 nb

int

Data 2011 L

[GeV]

µ µ

m 70 80 90 100 110

50 100

µ µ → Z 1223 14 Simulation

Z ¡and ¡W ¡in ¡CMS, ¡Nucl. ¡Phys. ¡A ¡(2014)

Model: ¡PYTHIA, ¡normalized ¡to
 the ¡NNLO ¡p+p ¡cross ¡sec.on, ¡
 scaled ¡by ¡TAA Z ¡bosons ¡in ¡ATLAS

Isolated ¡Photon ¡in ¡CMS,
 PLB ¡710 ¡(2012) ¡256 Isolated ¡Photon ¡in ¡ATLAS,


• Nucl. ¡Phys. ¡A ¡(2013) ¡577c

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• 2. ¡Low-­‑pT ¡Direct ¡Photons ¡(pT ¡< ¡4 ¡GeV/c)

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Eγ dNγ d3p ∝ ααsT 2e−Eγ/T log EγT k2

c

Mo,va,on ¡for ¡low ¡pT ¡direct ¡photons:
 Thermal ¡photons ¡from ¡the ¡quark-­‑gluon ¡plasma ¡(1/2)

9

Text

■ Photons ¡produced ¡in ¡scakerings ¡of ¡quark ¡and ¡gluons ¡in ¡thermal ¡equilibrium ¡ ■ Photons ¡not ¡in ¡thermal ¡equilibrium ¡(λmfp ¡≈ ¡500 ¡fm), ¡but ¡energy ¡spectrum ¡ reflects ¡QGP ¡temperature

Photon ¡rate: ¡yield ¡per ¡unit ¡.me ¡and ¡ volume ¡as ¡a ¡func.on ¡of ¡photon ¡energy
 (theore.cal ¡calcula.on)
 slope ¡reflects
 temperature
 QGP ¡photon ¡rate ¡(lowest ¡order):


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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Mo,va,on ¡for ¡low ¡pT ¡direct ¡photons:
 Thermal ¡photons ¡from ¡the ¡quark-­‑gluon ¡plasma ¡(2/2)

■ Hadron ¡spectra ¡(π, ¡K, ¡p): ¡only ¡from ¡late ¡hadron ¡gas ¡phase ¡ ■ Thermal ¡photon ¡spectrum ¡has ¡contribu.on ¡from ¡all ¡stages ¡of ¡the ¡.me ¡evolu.on ¡ (including ¡the ¡hadron ¡gas ¡phase) ¡ ■ Thermal ¡photons ¡measurement ¡+ ¡modeling ¡of ¡space-­‑.me ¡evolu.on ¡ (hydrodynamics) ¡⇒ ¡ini.al ¡QGP ¡temperature

10

Is ¡this ¡a ¡valid ¡line ¡of ¡reasoning?

Text

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Direct ¡photons ¡in ¡heavy-­‑ion ¡collisions: ¡Experimental ¡methods

■ Real ¡photons ¡with ¡calorimeters ¡ ¡

• Challenging ¡at ¡low ¡pT ¡(energy ¡scale ¡and ¡resolu.on, ¡hadronic ¡background) ¡

■ Real ¡photons ¡with ¡external ¡conversions ¡

• Good ¡momentum ¡resolu.on ¡at ¡low ¡pT ¡
• Need ¡to ¡know ¡material ¡budget ¡with ¡high ¡precision ¡

■ Real ¡photons ¡from ¡external ¡conversions, ¡
 in ¡case ¡of ¡π0 ¡decay ¡partner ¡photon ¡with ¡calorimeter ¡

• π0 ¡background ¡from ¡measurement ¡of ¡the ¡partner ¡photon ¡with ¡a ¡calorimeter:


material ¡budget ¡uncertainty ¡cancels ¡completely ¡

• Traded ¡for ¡energy ¡scale ¡uncertainty ¡of ¡the ¡calorimeter ¡

■ Virtual ¡photons ¡with ¡masses ¡mee ¡⪆ ¡100 ¡MeV ¡

• Background ¡from ¡neutral ¡pion ¡strongly ¡suppressed ¡
• Needs ¡lot’s ¡of ¡sta.s.cs ¡
• Extrapola.on ¡to ¡m ¡= ¡0 ¡(i.e., ¡to ¡real ¡photons) ¡relies ¡on ¡theory ¡


(➙ ¡Kroll-­‑Wada ¡formula)

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Low-­‑pT ¡Direct ¡Photon ¡Spectra ¡at ¡RHIC ¡(PHENIX, ¡virtual ¡photon ¡method)

■ Enhancement ¡in ¡Au+Au ¡above ¡p+p ¡ describe ¡by ¡an ¡exponen.al

12

(GeV/c)

T

p 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

γ /inclusive γ r= direct

0.05 0.1 0.15 0.2

(a) p+p

(GeV/c)

T

p 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0.05 0.1 0.15 0.2

(b) Au+Au (Min. Bias)

■ Slope ¡parameter ¡(0 ¡-­‑ ¡20%):
 T ¡= ¡(221 ¡± ¡23 ¡± ¡18) ¡MeV ■ Ini.al ¡QGP ¡temp. ¡from ¡fitng ¡ hydro ¡to ¡data: ¡Ti ¡= ¡300 ¡-­‑ ¡600 ¡MeV

p+p

Au+Au ¡

• min. ¡bias

√sNN ¡= ¡200 ¡GeV

PHENIX, ¡ ¡ PRL, ¡104, ¡132301 ¡(2010); ¡PRC, ¡81, ¡034911 ¡(2010) ¡

¡

YAu+Au = Ncoll · Ypp + A · e−pT /T

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

How ¡to ¡interpret ¡the ¡slope ¡parameter ¡Tslope ¡?

■ Tslope: ¡effec.ve ¡average ¡of ¡temperatures ¡over ¡space-­‑.me ¡evolu.on(?)
 ■ Tslope ¡>> ¡Tc ¡= ¡150 ¡-­‑ ¡160 ¡MeV ¡could ¡indicate ¡that ¡photons ¡predominantly ¡come ¡ from ¡early ¡hot ¡QGP ¡phase
 ■ In ¡this ¡case, ¡expect ¡small ¡ellip.c ¡flow ¡signal ¡(v2 ¡≈ ¡2 ¡-­‑ ¡3% ¡or ¡so ¡at ¡maximum) ¡
 as ¡collec.ve ¡flow ¡needs ¡.me ¡to ¡build ¡up

13

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The ¡direct-­‑photon ¡flow ¡puzzle:
 Surprisingly ¡large ¡direct-­‑photon ¡v2 ¡measured ¡by ¡PHENIX ¡

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■ Direct-­‑photon ¡v2 ¡at ¡pT ¡≈ ¡2 ¡GeV/c ¡ similar ¡to ¡neutral ¡pion ¡v2 ¡ ■ Direct-­‑photon ¡mostly ¡form ¡late ¡phase ¡ when ¡flow ¡has ¡fully ¡built ¡up?

T

[GeV/c]

T

p

2 4 6 8 10 12

)

2

v π ) / (

2

v

dir.

γ = (

v2

R

• 1
• 0.5

0.5 1 1.5 2

(e)

|=1.0~2.8) η (|

RXN

E.P. |=3.1~3.9) η (|

BBC

E.P.

• 0.05

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

12 12 12

2 4 6 8 10 12

• 0.05

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

(b)

)

BBC 2

Φ (

2

v

dir.

γ 12

(a)

2 4 6 8 10 12 12

[GeV/c]

T

p

12 12

0.25

2

v

dir.

γ ,

inc.

v γ,dir

2

= Rγv γ,incl

2

− v γ,decay

2

Rγ − 1

• min. ¡bias ¡Au+Au ¡at ¡200 ¡GeV

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Direct-­‑photon ¡v2 ¡not ¡reproduced ¡by ¡hydrodynamic ¡calcula,ons

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■ PHENIX: ¡Data ¡a ¡challenge ¡to ¡theory ¡ ■ Charles ¡Gale ¡(theorist):
 “Theory ¡a ¡challenge ¡to ¡the ¡data“

PHENIX, ¡Quark ¡Maker ¡2011

thermal ¡photons diluted ¡by ¡prompt ¡
 photons ¡with ¡v2 ¡= ¡0

calcula.on: ¡
 Holopäinen, ¡Räsänen, ¡Eskola,
 arXiv:1104.5371

■ Dilu.on ¡of ¡thermal ¡photon ¡v2 ¡due ¡to ¡ prompt ¡component ¡with ¡v2 ¡= ¡0
 ■ Assump.on: ¡net ¡v2 ¡≈ ¡0 ¡from ¡ ¡

• Fragmenta.on ¡photons ¡(v2 ¡> ¡0) ¡
• Jet-­‑photon ¡conversion ¡(v2 ¡< ¡0) ¡
• Medium ¡induced ¡bremsstrahlung ¡


(v2 ¡< ¡0)

[Turbide, ¡Gale, ¡Frodermann, ¡Heinz,


• Phys. ¡Rev. ¡C ¡77, ¡024909 ¡(2008)]

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

1.0 1.2 1.4 1.6

Rγ

0-20% (a) 20-40% (b) 1 2 3 4 1.0 1.2 1.4 1.6 40-60% (c) 1 2 3 4

pT [GeV/c]

60-92% (d)

Au+Au

√sNN = 200GeV

PRL 104, 132301 2007 2010

• Photon ¡excess ¡Rγ ¡confirmed ¡with ¡real ¡photons ¡


(PHENIX, ¡external ¡conversion ¡+ ¡EMCal)

Rγ ¡from ¡real ¡photons ¡(red, ¡blue) ¡consistent ¡with ¡Rγ ¡from ¡virtual ¡photons

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• B. ¡Bannier, ¡2014

see ¡also ¡PHENIX, ¡arXiv:1405.3940

Centrality ¡dependence:

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Direct-­‑photon ¡v2 ¡at ¡RHIC ¡also ¡confirmed ¡with ¡real ¡photons

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Low-­‑pT ¡direct-­‑photon ¡excess ¡at ¡the ¡LHC ¡(ALICE, ¡external ¡conversions)

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■ ~ ¡20% ¡direct-­‑photon ¡excess ¡for ¡1 ¡< ¡pT ¡< ¡4 ¡GeV/c ¡ ¡ ■ Uncertainty ¡dominated ¡by ¡material ¡budget ¡uncertainty, ¡correlated ¡in ¡pT

(GeV/c)

T

p

2 4 6 8 10 12 14

) π /

decay

γ )/( π /

inc

γ (

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Direct photon double ratio )

decay

γ /

direct,pp,NLO

γ

coll

NLO prediction: 1 + (N

T

= 0.5 to 2.0 p µ for

= 2.76 TeV

NN

s 0-40% Pb-Pb,

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Low-­‑pT ¡Direct ¡photon ¡spectrum ¡at ¡the ¡LHC ¡(ALICE, ¡external ¡conversions)

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■ Direct-­‑photon ¡spectrum ¡described ¡by ¡pQCD ¡photons ¡for ¡pT ¡> ¡4 ¡GeV/c ¡ ¡ ■ Low-­‑pT ¡direct ¡photon ¡spectrum ¡at ¡the ¡LHC ¡also ¡described ¡by ¡an ¡exponen.al:
 T ¡= ¡(304 ¡± ¡51stat+sys) ¡MeV

(GeV/c)

T

p

2 4 6 8 10 12 14

)

2

c

• 2

(GeV dy

T

dp

T

p N

2

d

ev.

N π 2 1

• 7

10

• 6

10

• 5

10

• 4

10

• 3

10

• 2

10

• 1

10 1 10

2

10

3

10

Direct photons

= 2.76 TeV

NN

s 0-40% Pb-Pb,

(GeV/c)

T

p

2 4 6 8 10 12 14

)

2

c

• 2

(GeV dy

T

dp

T

p N

2

d

ev.

N π 2 1

• 7

10

• 6

10

• 5

10

• 4

10

• 3

10

• 2

10

• 1

10 1 10

2

10

3

10

= 2.76 TeV

NN

s 0-40% Pb-Pb,

Direct photons (scaled pp)

T

= 0.5 to 2.0 p µ Direct photon NLO for MeV

stat+syst

51 ± /T), T = 304

T

exp(-p × Exponential fit: A

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Direct-­‑photon ¡flow ¡at ¡the ¡LHC:
 Inclusive ¡and ¡Decay ¡Photon ¡v2

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■ v2γ,incl ¡≈ ¡v2γ,decay ¡for ¡pT ¡< ¡3 ¡GeV/c ¡ ■ Thus, ¡if ¡there ¡is ¡a ¡significant ¡
 direct-­‑photon ¡component ¡in ¡this ¡
 pT ¡range, ¡its ¡v2 ¡must ¡be ¡very ¡similar ¡ the ¡decay ¡photon ¡v2

ALI-PREL-43608

ns y in

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Tslope = s 1 + βflow 1 − βflow | {z }

= 2 for βflow=0.6

T

Large ¡Direct-­‑Photon ¡Ellip,c ¡Flow ¡also ¡at ¡the ¡LHC

■ Maybe ¡many ¡direct ¡ photons ¡from ¡late ¡stage ¡ with ¡temp. ¡T ¡≈ ¡160 ¡MeV? ¡ ■ Then ¡large ¡inverse ¡slope ¡ parameter ¡due ¡to ¡Doppler ¡ blueshi• ¡with ¡typical ¡ hadronic ¡flow ¡velocity ¡
 βflow ¡≈ ¡0.6 ¡c? ¡

21

ALI-PREL-43588

v γ,dir

2

= Rγv γ,incl

2

− v γ,decay

2

Rγ − 1

• sys. ¡uncertainty ¡dominated ¡by ¡Rγ, ¡


error ¡propagation ¡not ¡trivial

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

The ¡effect ¡of ¡Doppler ¡blueshii ¡on ¡the ¡fi:ed ¡Tslope ¡

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■ About ¡50-­‑60% ¡of ¡the ¡thermal ¡photons ¡from ¡hydro ¡cells ¡with ¡T ¡< ¡250 ¡MeV ¡ ■ These ¡are ¡strongly ¡blue ¡shi•ed, ¡resul.ng ¡in ¡Tslope ¡> ¡T ¡ ■ Similar ¡at ¡RHIC

Chun ¡Shen, ¡Ulrich ¡W ¡Heinz, ¡Jean-­‑Francois ¡Paquet, ¡Charles ¡Gale, ¡arXiv: ¡1308.2440

hydro ¡calc.

SLIDE 23

May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Comparison ¡to ¡theory ¡at ¡the ¡LHC: ¡Direct-­‑photon ¡spectrum ¡...

23

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

pT (GeV/c)

10

• 5

10

• 4

10

• 3

10

• 2

10

• 1

10 10

1

dN/d

2pTdY (GeV

• 2 c

3)

ALICE Preliminary NLO pQCD Thermal (SIC) Thermal (FIC, σ=0.4 fm) Thermal (FIC) + NLO pQCD

2.76A TeV Pb+Pb@LHC

Direct Photons, 0-40%

Compton+annihilation Fragmentation

(a)

0.05

Not ¡enough ¡direct ¡photons ¡in ¡calcula.on ¡for ¡1 ¡< ¡pT ¡< ¡2 ¡GeV/c
 (general ¡feature ¡of ¡most ¡hydro ¡models, ¡also ¡at ¡RHIC)

smooth ¡ini,al ¡condi,ons ¡for ¡hydro fluctua,ng ¡ini,al ¡condi,ons

• R. ¡Chakerjee ¡et ¡al., ¡Phys. ¡Rev. ¡C ¡88 ¡(2013) ¡034901

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

... ¡and ¡direct-­‑photon ¡v2

24

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 pT (GeV/c)

• 0.05

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 v2 (pT)

ALICE Preliminary v2(PP, FIC) v2(RP, FIC) v2(SIC)

Direct photon v2 0-40%, τ0=0.14 fm/c, σ=0.4 fm

2.76A TeV Pb+Pb@LHC

(b)

thermal ¡photon ¡v2 ¡ (which ¡will ¡be ¡washed ¡out ¡by ¡prompt ¡photon ¡component)

■ Larger ¡direct-­‑photon ¡v2 ¡than ¡expected ¡from ¡theory ¡ ■ Looks ¡like ¡a ¡confirma.on ¡of ¡the ¡RHIC ¡puzzle, ¡
 however, ¡sizable ¡(correlated) ¡systema.c ¡uncertain.es!

SLIDE 25

May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Recap: ¡The ¡direct-­‑photon ¡puzzle

■ Large ¡direct-­‑photon ¡v2, ¡similar ¡in ¡magnitude ¡to ¡pion ¡v2 ¡ ■ First ¡observed ¡by ¡PHENIX ¡with ¡Rγ ¡from ¡virtual ¡photons, ¡confirmed ¡later ¡by ¡ PHENIX ¡with ¡real ¡photons ¡ ¡ ■ Qualita.ve ¡similar ¡observa.on ¡by ¡ALICE ¡with ¡external ¡conversions, ¡however, ¡ current ¡uncertain.es ¡larger ¡than ¡at ¡RHIC ¡ ■ Hydro ¡models ¡underpredict ¡direct-­‑photon ¡excess ¡and ¡v2 ¡ ■ Challenges ¡“standard ¡model” ¡for ¡the ¡space-­‑.me ¡evolu.on ¡of ¡heavy-­‑ion ¡collisions ¡ and/or ¡photon ¡produc.on ¡rates ¡in ¡the ¡QGP ¡and ¡the ¡hadron ¡gas ¡ ■ Calls ¡into ¡ques.on ¡the ¡rela.on ¡between ¡the ¡observed ¡slope ¡parameter ¡T ¡of ¡the ¡ direct-­‑photon ¡spectrum ¡and ¡the ¡ini.al ¡QGP ¡temperature

25

Will ¡thermal ¡photons ¡as ¡QGP ¡thermometer ¡remain ¡an ¡unfulfilled ¡promise? ¡

Further ¡info: ¡EMMI ¡rapid ¡reac.on ¡task ¡force ¡on ¡the ¡direct-­‑photon ¡flow ¡puzzle ¡(Feb. ¡2014)

SLIDE 26

May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Towards ¡a ¡solu,on ¡of ¡the ¡direct-­‑photon ¡puzzle ¡(1/4): ¡
 Improved ¡hydro ¡calcula,ons ¡

■ Viscous ¡hydro ¡+ ¡viscous ¡correc.ons ¡to ¡ photon ¡rates ¡ ¡➜ ¡makes ¡v2 ¡smaller
 ■ Full ¡viscous ¡hydro ¡with ¡fluctua.ng ¡ ini.al ¡condi.ons ¡
 ➜ ¡higher ¡thermal ¡photon ¡yields
 ➜ ¡likle ¡effect ¡on ¡v2
 ■ Increase ¡HG ¡rates? ¡➜ ¡need ¡factor ¡ much ¡larger ¡than ¡2 ¡(up ¡to ¡20 ¡ depending ¡on ¡calc.), ¡seems ¡unrealis.c

26

Chun ¡Shen, ¡Ulrich ¡Heinz, ¡2014 Charles ¡Gale, ¡2014

factor of 2,

• it increases total photon v by

Effect ¡of ¡a ¡factor ¡2
 increase ¡in ¡the ¡HG ¡rates

Improvements ¡in ¡hydro ¡calcula.ons ¡(viscous ¡effects, ¡
 fluctua.ng ¡ini.al ¡condi.ons) ¡don’t ¡solve ¡the ¡puzzle ¡

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May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Towards ¡a ¡solu,on ¡of ¡the ¡direct-­‑photon ¡puzzle ¡(2/4): ¡
 Tweak ¡space-­‑,me ¡evolu,on ¡and ¡HG ¡rates ¡

■ Faster ¡build ¡up ¡of ¡flow ¡implemented ¡in ¡ schema.c ¡fireball ¡model ¡

• nearly ¡full ¡v2 ¡at ¡the ¡end ¡of ¡the ¡


mixed ¡phase
 ■ Larger ¡HG ¡photon ¡rates ¡including ¡ contribu.on ¡from ¡baryons ¡and ¡
 an.-­‑baryons
 ■ Possibly ¡larger ¡photon ¡rates ¡in ¡the ¡ transi.on ¡region ¡close ¡to ¡Tc ¡
 (studied ¡with ¡ideal ¡hydro ¡calc.)

27

10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 1 2 3 4 5 0-20% Au-Au, |y|<0.35 q0 dN/d3q (GeV-2) qT (GeV) hadron gas QGP primordial total PHENIX 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 1 2 3 4 5 lattice EoS v2 qT (GeV) PHENIX dir γ (BBC) total total (pQCD prim.) thermal γ

Rapp, ¡van ¡Hees, ¡ ¡
 arXiv:1108.2131, ¡arXiv:1404.2846

SLIDE 28

May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Towards ¡a ¡solu,on ¡of ¡the ¡direct-­‑photon ¡puzzle ¡(3/4):
 Large ¡contribu,on ¡from ¡hadron-­‑hadron ¡bremsstrahlung

■ PHSD ¡model ¡

• Non-­‑equilibrium ¡transport ¡model ¡for ¡

partonic ¡and ¡hadronic ¡phase ¡

• Quarks ¡and ¡gluon ¡in ¡the ¡QGP: ¡dynamical ¡

quasi-­‑par.cles ¡with ¡finite ¡mass ¡and ¡width ¡

• Explicit ¡phase ¡transi.on ¡to ¡hadrons ¡and ¡

excited ¡stated ¡(strings) ¡

■ Meson-­‑meson ¡and ¡baryon ¡meson ¡ bremsstrahlung ¡conjectured ¡to ¡be ¡a ¡major ¡ photon ¡source ¡

• m ¡+ ¡m ¡➞ ¡m ¡+ ¡m ¡+ ¡γ ¡
• m ¡+ ¡B ¡➞ ¡m ¡+ ¡B ¡+ ¡γ ¡

■ Could ¡solve ¡the ¡puzzle, ¡rigoros ¡theore.cal ¡ treatment ¡difficult ¡ ■ Would ¡imply ¡likle ¡sensi.vity ¡of ¡
 thermal ¡photons ¡to ¡QGP

28

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 , PHENIX v2

dir= Σ

Σ Σ Σi v2

i Ni(γ

γ γ γ)/Ntot(γ γ γ γ)

PHSD standart PHSD w increased Br by factor 2

pT [GeV/c]

direct photon v2 in PHSD Au+Au, sNN

1/2=200 GeV, MB, |y|<0.35

v2

• O. ¡Linnyk ¡et ¡al, ¡


arXiv:1304.7030

• E. ¡Bratkovskaya, ¡2014

brems ¡x ¡2

SLIDE 29

May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

Towards ¡a ¡solu,on ¡of ¡the ¡direct-­‑photon ¡puzzle ¡(4/4):
 Further ¡ideas

■ Early ¡.me ¡magne.c ¡field ¡effect? ¡

• Correct ¡centrality ¡dependence? ¡
• Could ¡be ¡ruled ¡out ¡by ¡a ¡measurement ¡of ¡a ¡

rela.vely ¡large ¡direct-­‑photon ¡v3 ¡(?)


■ Photons ¡from ¡the ¡Glasma ¡phase?
 ■ Ini.al ¡flow ¡before ¡hydro ¡evolu.on ¡starts? ¡

• IP-­‑Glasma ¡ini.al ¡condi.ons ¡contain ¡ini.al ¡flow, ¡

however, ¡effect ¡seems ¡to ¡be ¡small ¡

■ Further ¡checks ¡on ¡the ¡theory ¡side ¡

• pQCD ¡component ¡under ¡control? ¡
• Same ¡defini.on ¡of ¡“direct ¡photons” ¡as ¡used ¡by ¡

experiments? ¡(decay ¡γ’s ¡from ¡short-­‑lived ¡ resonances?)

29

B

0.5 1 1.5 2 2.5 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 p⊥, GeV v2

Basar, ¡Kharzeev, ¡Skokov., ¡arXiv:1206.1334 McLerran ¡et ¡al., ¡arXiv:1202.3679

SLIDE 30

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• 3. ¡Dileptons

SLIDE 31

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Dileptons: ¡Mo,va,on

■ Like ¡photons, ¡negligible ¡final ¡state ¡interac.on ¡ ■ Search ¡for ¡in-­‑medium ¡modifica.ons ¡of ¡vector ¡ mesons ¡(Mee ¡< ¡1 ¡GeV) ¡

• ρ ¡can ¡decay ¡in ¡the ¡medium ¡


(τρ,vacuum ¡≈ ¡1.3 ¡fm/c ¡< ¡medium ¡lifetime) ¡

• Broadening ¡of ¡the ¡ρ ¡in ¡the ¡medium, ¡


rela.on ¡to ¡chiral ¡symmetry ¡restora.on? ¡

■ Thermal ¡radia.on ¡from ¡the ¡QGP ¡and ¡access ¡to ¡ early ¡temperature? ¡(Mee ¡> ¡1 ¡GeV) ¡ ■ Constrains ¡space-­‑.me ¡evolu.on

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hadron ¡gas quark-­‑gluon ¡plasma

SLIDE 32

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Low ¡mass ¡dielectron ¡excess ¡in ¡Au+Au ¡collisions ¡at ¡RHIC:
 Disagreement ¡between ¡STAR ¡and ¡PHENIX ¡remains ¡to ¡be ¡solved

32

• 7

10

• 5

10

• 3

10

• 1

10

MinBias Central

|<1

ee

|<1,|y

e

η >0.2 GeV/c, |

e T

p

Central PYTHIA c c c de-correlated c Cocktail Sum

= 200GeV

NN

s Au + Au

(a)

)

2

(GeV/c

ee

M

1 2 3 4

Ratio

0.5 1 1.5 2

(b)

MinBias(0-80%) Central(0-10%) MinBias(0-80%) Central(0-10%) scaling

bin

N scaling

part

N

/GeV)

2

(c

part

/N

ee

dN/dM

)

2

(GeV/c

ee

m 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 /GeV) IN PHENIX ACCEPTANCE

2

(c

ee

dN/dm

• 5

10

• 4

10

• 3

10

• 2

10

• 1

10

= 200 GeV

NN

s

• min. bias Au+Au

R.Rapp & H.vanHees cocktail vacuum ρ sum w/ broadening ρ sum w/ dropping) ρ sum/ partonic yield (PY) ee (PYTHIA) → c c ee (random correlation) → c c

DATA |y| < 0.35 > 0.2 GeV/c

e T

p

Much ¡larger ¡excess ¡in ¡PHENIX, ¡beyond ¡thermal ¡contribu.ons ¡
 from ¡the ¡hadron ¡gas ¡with ¡medium ¡modified ¡ρ ¡mesons.

STAR, ¡arXiv:1312.7397v3 PHENIX, ¡arXiv:0912.0244

SLIDE 33

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Dielectron ¡mT ¡spectrum ¡in ¡the ¡mass ¡range ¡of ¡the ¡excess ¡(PHENIX)

■ Cocktail ¡subtracted ¡ ■ Two ¡components ¡

• T ¡≈ ¡260 ¡MeV ¡
• T ¡≈ ¡100 ¡MeV

33

258 ¡± ¡37 ¡± ¡10 ¡MeV 92 ¡± ¡11 ¡± ¡9 ¡MeV

PHENIX, ¡arXiv:0912.0244

SLIDE 34

May 18, 2014 | Electromagnetic Probes: Recent Developments | Klaus Reygers

QGP ¡temperature ¡via ¡dimuons ¡at ¡SPS ¡energies?

34

Temperature ¡via ¡dimuon ¡mass ¡spectrum:
 unaffected ¡by ¡radial ¡flow Slope ¡of ¡dimuon ¡mT ¡spectra:
 Hadron ¡gas ¡+ ¡flow ¡for ¡M ¡< ¡1 ¡GeV, ¡
 non-­‑flowing ¡partonic ¡source ¡for ¡M ¡> ¡1 ¡GeV? ¡ for ¡M ¡> ¡1 ¡GeV T ¡= ¡205 ¡± ¡12 ¡MeV Teff ¡≈ ¡200 ¡MeV ¡for ¡M ¡> ¡1 ¡GeV ¡consistent ¡
 with ¡slope ¡of ¡mass ¡spectrum! ¡

NA60, ¡


• Eur. ¡Phys. ¡J. ¡C ¡61 ¡(2009) ¡711

• Eur. ¡Phys. ¡J. ¡C ¡59 ¡(2009) ¡607

SLIDE 35

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Mass ¡dependence ¡of ¡dilepton ¡v2 ¡as ¡a ¡probe ¡


• f ¡the ¡,me ¡evolu,on ¡,me ¡evolu,on ¡of ¡flow

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First ¡steps ¡in ¡this ¡direc.on: ¡STAR, ¡arXiv:1402.1791 ¡ ¡

• R. ¡Chakerjee, ¡D. ¡K. ¡Srivastava, ¡U. ¡Heinz, ¡C. ¡Gale, ¡PRC ¡75 ¡(2007) ¡054909

SLIDE 36

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Conclusions

■ TAB ¡scaling ¡in ¡heavy-­‑ion ¡collisions ¡at ¡RHIC ¡and ¡the ¡LHC ¡confirmed ¡with ¡
 W ¡and ¡Z ¡bosons ¡and ¡high-­‑pT ¡direct ¡photons ¡ ■ Direct-­‑photon ¡flow ¡puzzle ¡at ¡RHIC ¡(and ¡the ¡LHC?) ¡for ¡pT ¡< ¡4 ¡GeV/c ¡ ■ Large ¡direct-­‑photon ¡v2, ¡similar ¡in ¡magnitude ¡to ¡pion ¡v2 ¡ ■ Direct-­‑photon ¡spectra ¡and ¡v2 ¡not ¡well ¡reproduced ¡by ¡standard ¡hydro ¡calcula.ons ¡ ■ Large ¡v2 ¡suggests ¡that ¡thermal ¡photons ¡mostly ¡come ¡from ¡the ¡late ¡hadron ¡gas ¡ phase ¡ ■ Calls ¡into ¡ques.on ¡whether ¡thermal ¡photons ¡can ¡be ¡used ¡to ¡determine ¡the ¡ini.al ¡ QGP ¡temperature ¡ ■ Need ¡to ¡get ¡a ¡consistent ¡picture ¡including ¡dilepton ¡data

36

Let’s ¡see ¡how ¡the ¡saga ¡con.nues!