Direct photon measurement with virtual photon

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RHIC-PHENIX実験での
直接光子測定
東京大学原子核科学研究センター(CNS)
山口頼人
The 17th ICEPP Symposium
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クォーク・グルーオン・プラズマ (QGP)
 Quark Gluon Plasma (QGP)
 通常はハドロン内に閉じ込めら
れているクォークが閉じ込めから
解放された状態
 高温高密度で実現すると予想
Transition temperature：
Tc~150-200MeV
Transition energy density：
ec~1GeV/fm3
 実験的手法
 高エネルギー重イオン衝突
 RHIC (√sNN=200GeV : Au+Au)
 LHC (√sNN=5.5TeV : Pb+Pb)
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系の時空間発展
Freeze-out
Hadron Gas
Hadronization
QGP
Pre-equilibrium
 衝突で生成された系は時空間発展を行う。
 当然、Freeze-out後にしか粒子を測定できない。
 各段階での粒子生成、粒子への影響を知ることが重要。
→ 各段階を特徴づけるプローブによる様々な測定が必要。
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QGPからの熱光子
p
r
p
g
Hadron decay
photons
g
q
q
g
 直接光子 ≡ ハドロン崩壊
からの光子ではない光子
 温度・QGP到達時間がわ
かる。
 QGP熱光子測定に最適な
横運動量領域
1.0<pT<3.0GeV/c
 バックグラウンド光子
 初期衝突でのHard
photon (80%以上は
qg→qg)
 ハドロン崩壊からの光子
(シグナルの10倍以上)
S.Turbide et al PRC 69 014903
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Au+Au, d+Au, p+p衝突で系統的測定
 熱光子測定のためには系統的測定が不可欠
 p+p衝突
 Hard photon
 d+Au衝突
 Hard photon + 原子核効果
 Au+Au衝突
 Hard photon + 原子核効果 + QGP medium effect
 主な原子核効果
 Cronin効果
 原子核内での多重散乱
→ 収量増加
 Nuclear shadowing
 パートン分布関数(特にgluon)
が原子核と陽子では異なる
→ 収量減少 or 増加
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PHENIX実験での直接光子測定
Au+Au
p+p
 電磁カロリメータで測定
 pT<5GeV/c ：収量につく大きな不定性
 電磁カロリメータのエネルギー分解能の劣化によりハドロン崩壊か
らの光子(総光子収量の70%以上がp0→2g)を正確に取り除けない。
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+
解決策：仮想直接光子g*→e e 測定
q
 基本となるアイデア
 光子生成プロセスには高次にe+e-生成プロセスが存在

仮想直接光子g*→e+e-の同定方法
g
g*
e+
e-
q
光子生成率とe+e-生成率の関係性：
Process dependent factor
 Direct g* : pT2»mee2の時、S(mee)~1
 Dalitz decay :
→ e+e-質量分布に違いが生まれる。
 p0質量以上の領域(mee>135MeV)で
はS/Bが大幅に(4~5倍)改善される。
→ e+e-質量分布の低質量領域において仮想直接光子に
よる増加分が見える。
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直接光子率の決定
f data mee   1  r  f c mee   r  f dir mee 
Hadron
r : direct g*/inclusive g*
Direct g*
100<mee<300MeVで上式をfitして直接光子率を決定する。
 p0の影響を抑えられ、pT2»mee2を満たす。
 p+p-→e+e-の寄与がないと考えられる領域。
 conversion pair,
combinatorialは除去。
 mee>300MeVでもFit結
果はデータ点に一致。
h→2gで測定されたh収
量が2倍にならないといけ
ない。
A. Adare et al., PRL104,132301(2010)
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直接光子率
μ = 0.5pT
μ = 1.0pT
μ = 2.0pT
d gNLO
dpT
 d gNLO d ghadron 



 dp

dp
T
T


 p+p, d+Au衝突 → pQCD計算からの予想とあまり変わらない。
 Au+Au衝突 → 明らかにlow pTでの傾向が異なる。
→ 直接光子率に総光子収量を掛けて、実直接光子収量を決定。
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p+p, d+Auの比較
 実光子測定の結果とス
ムーズに繋がる。
 d+Au: ●(g*) - ○(g)
 p+p : ■(g*) - ■(g)
 Ncoll scaled p+p結果と
d+Au結果はconsistent
 d+Au結果はp+p結果の
重ね合わせとして理解でき
る。
→ 直接光子生成における
原子核効果は小さい。
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d+Au, Au+Auと比較
 pT<2GeV/cではd+Auから
の予想よりも2倍以上。
→ Non initial state effect
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Inverse slope : T
A. Adare et al.,
PRL104,132301(2010)
exp + TAA scaled pp
 exponential + Ncoll scaled
p+p fit をAu+Au結果にFit。
Au+Au fit function
Inverse slope
A exp( pT / T )  TAA  App (1  pT2 / b)n
Exponential part
Binary-scaled p+p result
A,T : free parameters
 Au+Au中心衝突について
 T = 221±19±19 MeV
Fit to pp
NLO pQCD (W. Vogelsang)
→ Transition temperature
(~170MeV)より高い状態
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まとめ
 高エネルギー重イオン衝突を用いてQGPの存在検証と
その性質理解を目的とした実験を行っている。
 mid-rapidity領域では1.0<pT<3.0GeV/cは熱光子測定
に最適。
 PHENIX実験ではp+p, d+Au, Au+Au衝突実験での低
横運動量直接光子測定に成功。
 仮想直接光子g*→e+e-を利用した解析。
 p+p衝突とd+Au衝突はconsistentな結果。
 原子核効果は小さい。
 Au+Au衝突では予想されるHard photon収量に対して超過収
量を観測。(pT<3.0GeV/c)
 Non initial state effect
 exponential fitのinverse slope T = 221±19±19 MeV
→ transition temperatureを越える高温状態

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