Heavy flavor measurements at PHENIX K.Nagashima Hiroshima - PowerPoint PPT Presentation

2016/08/09 The 34 st Reimei Workshop Heavy flavor measurements at PHENIX K.Nagashima Hiroshima ¡Univ./RIKEN

ü Introduction ¡of ¡heavy ¡flavor ¡measurements Heavy ¡flavor ¡probe > large ¡mass -­‑ m c,b >> ¡Λ QCD (>> ¡T QGP ) -­‑ 1/2m c,b << ¡τ form pQCD -­‑ hardly ¡generated ¡in ¡QGP probe ¡out -­‑ thorough ¡time ¡evolution energy ¡loss > ¡allows ¡some ¡pQCD calculation mechanism model ¡= ¡pQCD + ¡energy ¡loss ¡model pQCD probe ¡in QGP ¡physical ¡property > ¡HF ¡momentum ¡and ¡space ¡variation ¡→ QGP ¡property > ¡model ¡parameters -­‑ Diffusion ¡constant -­‑ Gluon ¡density 2016/8/9 K.Nagashima 2

ü Quark ¡energy ¡loss mechanism ¡in ¡QGP Dead-­‑Cone ¡effect collisional ¡energy ¡loss -­‑ parton elastic ¡scattering -­‑ Brownian ¡motion ¡via ¡ Langevin equation d ! ! dt = − η D ( p ) ! p η D : ¡ ¡friction ¡coefficient ¡ ¡ ¡ ¡ p + heavy ξ N g ξ: ¡ drift ¡force right N g radiative ¡energy ¡loss -­‑ Bathe-­‑Heitler for ¡gluon ¡radiation . # ≈ % & ' ( *+ *, - 𝑒𝑄 . ) + , - LPM ¡effect ω > ¡Dead-­‑Cone ¡effect L form -­‑ strong ¡suppression ¡of ¡HF ¡in ¡small-­‑angle ¡radiation . *, - . , - 8 ∝ . . ¡ ¡, (𝜄 # ≡ 9 ) . 0+ . 1 2 , - λ path ・・・・ > ¡Landau-­‑Pomeranchuk-­‑Migdal effect ; <=>? -­‑ suppression ¡in ¡high ¡density ∝ medium @ ABCD mass ¡ordering λ path : ¡mean ¡free ¡path ΔE g > ¡ΔE u,d,s >(?) ¡ΔE c >(?) ¡ΔE b L form : ¡formation ¡length 2016/8/9 K.Nagashima 3

ü PHENIX ¡Silicon ¡Vertex ¡Detector ¡(VTX) Silicon ¡Vertex ¡Detector ¡(VTX) -­‑ installed ¡in ¡2011 -­‑ 2 ¡pixel ¡layers ¡ ¡+ ¡ ¡2 ¡strip ¡layers (σ φ = ¡14.4 ¡μm) ¡ ¡ ¡(σ φ = ¡23 ¡μm) ¡ -­‑ reconstruct ¡precise ¡collision ¡vertex ¡ Precise ¡displaced ¡tracking -­‑ Distance ¡of ¡Closest ¡Approach ¡(DCA) -­‑ Transverse DCA of a track is defined as DCA T = L – R - depends ¡on ¡parent ¡particle ¡life ¡time ¡and ¡mass -­‑ DCA ¡resolution ¡= ¡60 ¡μm @ ¡2.5 ¡GeV “transvers ¡DCA” -­‑ DCA ¡analysis ¡allows ¡separated ¡measurement of ¡bottom ¡and ¡charm c τ (B 0 ) = 455 µm -­‑> ¡focus ¡on ¡single ¡electron ¡tracks from ¡smi-­‑leptonic decay ¡channels 2016/8/9 K.Nagashima 4

ü DCA ¡distribution ¡of ¡electrons DCA distribution ¡of ¡electrons -­‑ 1.5 ¡< ¡p T < ¡5.0 -­‑ no ¡efficiency ¡correction 2016/8/9 K.Nagashima 5

ü DCA ¡distribution ¡of ¡electrons DCA distribution ¡of ¡electrons -­‑ 1.5 ¡< ¡p T < ¡5.0 -­‑ no ¡efficiency ¡correction BG ¡normalization ¡and ¡shape -­‑ data ¡driven > ¡Mis-­‑hadron, Random -­‑ measured ¡yield ¡+ ¡Monte ¡Carlo > ¡Photonic, ¡k e3 , ¡J/ψ Heavy ¡flavor ¡decay ¡electron -­‑ dominates ¡at ¡|0.04| ¡< ¡DCA T < ¡|0.1| 2016/8/9 K.Nagashima 6

ü Bayesian ¡Inference Bayesian ¡Inference ¡technique G(H|1))(1) -­‑ Bayes' ¡theory ¡ ¡ ¡ ¡ 𝑄 𝜄 𝑦 = G(H) -­‑ c/b ¡decay ¡electron ¡dN/dp T , ¡DCA T (p T ) ¡from ¡PHYTIA ¡decay ¡matrix -­‑ employ ¡Markov ¡Chain ¡Monte ¡Carlo ¡for ¡sampling ¡ Measured ¡data Yield ¡of ¡c/b ¡hadrons dN/dp T , ¡DCA T (p T ) → electron ¡space regularization 𝑸(𝒚|𝜾)𝝆(𝜾) ¡ (smoothness) Likelihood sampled ¡with Parameter ¡ MCMC ¡method probabilities c/b ¡hadron ¡yields 2016/8/9 K.Nagashima 7

ü Invariant ¡yield ¡of ¡charm ¡and ¡bottom Unfolded ¡invariant ¡yield ¡of ¡charm ¡and ¡bottom 2016/8/9 K.Nagashima 8

ü Comparison ¡between ¡data ¡and ¡unfolding 2011 ¡data 2004 ¡data data c-­‑>e b-­‑>e total ¡BG sum Unfolding ¡results ¡agree ¡with ¡measured ¡data ¡well 2016/8/9 K.Nagashima 9

ü Bottom ¡electron ¡fraction Bottom ¡electron ¡fraction Fraction ¡of ¡bottom ¡electrons F ¡= ¡(b→e)/(b→e + ¡c→e) arXiv:1509.04662 ¡(2015) p+p data -­‑ not ¡generate ¡QGP -­‑ agree ¡with ¡FONLL Au+Au data (= ¡unfolding) -­‑ difference ¡shape compared ¡to ¡p+p -­‑ significant ¡enhancement ¡at ¡3 ¡GeV/ c -­‑ consistent ¡with ¡p+p for ¡high ¡ p T 2016/8/9 K.Nagashima 10

ü Nuclear ¡Modification ¡Factor ¡R AA Physical ¡Review ¡C93, ¡034904 ¡(2016) “Calculation ¡of ¡bottom ¡and ¡charm ¡R AA ” -­‑ published ¡inclusive ¡HF ¡R AA (Run4) -­‑ b-­‑fraction ¡of ¡AuAu and ¡pp(STAR ¡e-­‑h) P→R = S TUTU VS 𝑆 OO << 𝑆 OO S W→R = (XYS TUTU ) VS 𝑆 OO << ) 𝑆 OO (XYS [p T < ¡4 ¡GeV/c] -­‑ bottom ¡less ¡suppressed ¡than ¡charm [4 ¡GeV/c ¡< ¡p T ] -­‑ similarly ¡suppressed 2016/8/9 K.Nagashima 11

ü Nuclear ¡Modification ¡Factor ¡R AA Physical ¡Review ¡C93, ¡034904 ¡(2016) “Calculation ¡of ¡bottom ¡and ¡charm ¡R AA ” -­‑ published ¡inclusive ¡HF ¡R AA (Run4) -­‑ b-­‑fraction ¡of ¡AuAu and ¡pp(STAR ¡e-­‑h) P→R = S TUTU VS 𝑆 OO << 𝑆 OO S W→R = (XYS TUTU ) VS 𝑆 OO << ) 𝑆 OO (XYS [p T < ¡4 ¡GeV/c] -­‑ bottom ¡less ¡suppressed ¡than ¡charm [4 ¡GeV/c ¡< ¡p T ] -­‑ similarly ¡suppressed -­‑ first ¡measurements ¡at ¡RHIC > ¡uncertainty ¡is ¡large -­‑ need ¡precise ¡measurements to ¡confirm ¡mass ¡ordering ¡of ¡c/b ¡energy ¡loss > ¡we ¡are ¡analyzing ¡high ¡statistics ¡and ¡quality ¡data ¡(2014~2016) 2016/8/9 K.Nagashima 12

ü Comparison ¡between ¡data ¡and ¡models “Radiative ¡energy ¡loss” “Collisional ¡energy ¡loss” Physical ¡Review ¡C93, ¡034904 ¡(2016) Physical ¡Review ¡C93, ¡034904 ¡(2016) “DGLV ¡model ¡(radiative ¡only)” “Langevin equation” -­‑ depend ¡on ¡gluon ¡density ¡in ¡QGP -­‑ depend ¡on ¡diffusion ¡constant ¡D -­‑ dNg/dy = ¡1000~3500(?) -­‑ D(2πT) ¡= ¡6 ¡agree ¡with ¡data -­‑ need ¡more ¡precise ¡measurement... -­‑> ¡strong ¡coupling 2016/8/9 K.Nagashima 13

ü Future ¡Prospects “ High ¡statics ¡and ¡quality ¡data ¡in ¡2014-­‑2016 ” -­‑ 2014 ¡Au+Au data ¡x10 ¡statistics ¡compared ¡to ¡2011 > ¡broader ¡p T range ¡(1.0 ¡– 9.0 ¡GeV/c) > ¡update ¡invariant ¡yields ¡of ¡HF DCA {1.5 < p < 2.0 GeV/c} T T with ¡centrality ¡and ¡angle Run14 MB 4 10 Run14 0-20% > ¡suppress ¡sys. ¡uncertainty Run14 20-40% 3 10 with ¡new ¡BG ¡normalization Run14 40-93% -­‑ 2015 ¡p+p data 2 10 > ¡new ¡base ¡line ¡(same ¡method) 10 1 “ Analysis ¡goal ” 1 − 10 0.15 0.1 0.05 0 0.05 0.1 0.15 − − − -­‑ centrality ¡dependence ¡of ¡R AA DCA [cm] T -­‑ v n measurements > ¡strong ¡constraint ¡to ¡QGP ¡physical ¡property, ¡ ¡D(2πT), ¡dNg/dη 2016/8/9 K.Nagashima 14

ü Summary • Heavy ¡flavor ¡is ¡important ¡probe ¡for ¡Quark-­‑Gluon ¡Plasma • Quark ¡energy ¡loss ¡mechanism -­‑ Langevin equation ¡→collisional ¡energy ¡loss -­‑ Bathe ¡Heitler → radiative ¡energy ¡loss • Measurement ¡of ¡single ¡electrons ¡from ¡charm ¡and ¡bottom -­‑ used ¡distance ¡of ¡closest ¡approach ¡and ¡Bayesian ¡inference -­‑ bottom ¡suppression ¡is ¡similar ¡to ¡charm ¡at ¡high ¡p T , but ¡smaller ¡than ¡charm ¡at ¡low ¡p T -­‑ compare ¡between ¡data ¡and ¡energy ¡loss ¡models -­‑> ¡D(2πT) ¡~ ¡6, ¡gluon ¡density ¡= ¡1000~3500 • Future ¡prospects -­‑ high ¡statistics ¡data ¡(~10 ¡times) ¡in ¡2014 Quark ¡energy ¡loss ¡can ¡be ¡measured ¡with ¡J-­‑PARC ¡p-­‑A ¡collisions!! ¡ 2016/8/9 K.Nagashima 15

ü backup 2016/8/9 K.Nagashima 16

ü Comparison ¡between ¡data ¡and ¡models 2016/8/9 K.Nagashima 17

ü Agreement ¡with ¡measured ¡data -­‑ Yields ¡of ¡D 0 can ¡be ¡calculated by ¡unfolding ¡charm ¡yields ¡+ ¡PYTHIA -­‑ Unfolding ¡result ¡agree ¡with ¡STAR ¡D 0 measurement > ¡fit ¡Levy ¡function 2016/8/9 K.Nagashima 18

ü DCA ¡distribution 2016/8/9 K.Nagashima 19

ü Decay ¡matrix decay ¡electron ¡pT matrix 2016/8/9 K.Nagashima 20