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Sanshiro Mizuno for the PHENIX collabora9on University of Tsukuba, RIKEN mail to : [email protected] Centrality Dependence Of SoQ Photon Produc9on and Its Collec9ve Flow in Au+Au Collisions At √s NN =200GeV

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Sanshiro  Mizuno  for  the  PHENIX  collabora9on  University  of  Tsukuba,  RIKEN  

 mail  to  :  [email protected]  

Centrality  Dependence  Of  SoQ  Photon  Produc9on    and  Its  Collec9ve  Flow    

in  Au+Au  Collisions  At  √sNN=200GeV

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2014/05/19 QM2014  @  Darmstadt 2

What  are  direct  photons  ?

Direct  photons:  all  photons  except  those  coming  from  hadron    decays.  l  Good  probe  since  they  penetrate  the  QGP  l  Created  during  all  stages  of  the  collision  

hard  scaEering

(thermal?)  radiaHon  from  QGP

(thermal?)  radiaHon  from  HG

jet-­‐photon  conversion

Jet  fragmentaHon

hadron  decay

p T(GeV

/c)

Hme

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2014/05/19 QM2014  @  Darmstadt 3

Previous  soP  photon  results  from  PHENIX

P.R.L.  109,  122302(2012) P.R.L.  104,  132301(2010)  

Min.  Bias

There  is  a  large  excess  with  respect  to  scaled  p+p,  and  very  large    flow  in  the  1-­‐4  GeV/c  region.

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2014/05/19 QM2014  @  Darmstadt 4

Direct  photon  puzzle

It  is  a  challenge  for  models  to  explain  simultaneously  the  excess  of    direct  photon  yield  and  the  large  ellip9c  flow  (v2).  

Yield  enhancement  Suggests  early  emission  when    temperature  is  high  at  or  above    300MeV    Large  ellipHc  flow  (v2)  Suggests  late  emission,  when    temperature  is  low,  collec9ve    mo9on  is  large

Integrated  emission differen9al  emission

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MoHvaHon

To  resolve  the  puzzle  and  constrain  photon  produc9on  mechanisms,    more  differen9al  measurements  are  needed.  •  Complete  centrality  dependence  •  Higher  order  azimuthal  anisotropy      In  this  talk,  we’ll  extend  earlier  (published)  centrality  selec9ons    both  for  yields  and  v2,  and  show  new  results  for  v3  and  v2/v3.  

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2014/05/19 QM2014  @  Darmstadt 6

Centrality  dependence  of  the  γdir.  yield

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2014/05/19 QM2014  @  Darmstadt

Photons  by  external  conversion MHBD:  Real  track  Mvtx    :  Measured  track

MHB

D[GeV

]

Mvtx[GeV] 7

Published  Real  photons  in  EMCal  :  1  -­‐  20  GeV/c  

large  errors  at  low  pT  (resolu9on,  contamina9on)  Virtual  photons  from  e+e-­‐  :  1  -­‐  4  GeV/c    New  method  Real  photons  are  measured  by  e+e-­‐  pair    from  external  photon  conversion      at  the  HBD  readout  plane.  ü  less  hadron  contamina9on  ü  good  momentum  resolu9on  pT  range  :  0.4  ~  5GeV/c  Extended  to  lower  pT  low  staHsHcs  

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Enhancement  of  the  direct  photon  yield

The  yields  from  p+p  data    are  fifed  by        extrapolated  below    2  GeV/c.        Compared  with  a  green  line    which  is  expected  from  p+p  data,    enhancements  are  observed.  

TAA

=< Ncoll

> /�pp

arXiv:1405.3940

a(1 +pTb

2)c

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Excess  photon  yield

Excess  yield  (above  expecta9on  from  scaled  p+p)  fifed  with  an    exponen9al.  The  slopes  are  comparable  within  uncertain9es.  

Ae�pT /Teff

arXiv:1405.3940

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Centrality  (Npart)  dependence  of  the  yield

Excess  of  photon  yield  increases  with  power-­‐law  func9on,      α=1.48±0.08(stat.)±0.04(sys.)  ≈  3/2  The  centrality  dependence  is  not  an  ar9fact  of  the  very  low  pT  points:        same  slope  as  we  increase  lower  limit  of  integra9on        (upper  limit  is  always  2GeV/c).  The  shape  of  direct  photon  pT  spectra  doesn’t  depend  on  centrality.  

P.R.C  89,  044910(2014)  

Theory  

F = AN↵part

arXiv:1405.3940  

Data

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10�5

10�4

10�3

10�2

10�1

100

101

12p

p Td2 N

dpT

dy[(

GeV

/c)�

2 ]

0-20%

(a) Linnyk et al.vHees et al.Shen et al. (KLN)Shen et al. (MCGlb)direct g

20-40%

Au+AupsNN = 200GeV

(b)

0 1 2 3 4

10�5

10�4

10�3

10�2

10�1

100

101

40-60%

(c)

1 2 3 4 5pT [GeV/c]

60-92%

(d)

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Yield:  data  vs  theories

Linnyk  et  al.:  PHSD  transport  model;    Linnyk,  Cassing,  Bratkovskaya,    P.R.C  89,  034908(2014)    vHees  et  al.:  Fireball  model;  van  Hees,    Gale,  Rapp;  P.R.C  84,  054906(2011)    Shen  et  al.:  Ohio  hydro  for  two    different  ini9al  condi9ons;  Shen,  Heinz,  Paquet,  Gale;  P.R.C  84,  064903(2014)    The  yield  itself  is  s9ll  not  perfectly        described.  

arXiv:1405.3940

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γdir.  Azimuthal  anisotropy

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Flow  measurement:  the  method P.R.L.  109,  122302(2012)

The  magnitude  of  the  direct  photon  v2  is  comparable  to  the  hadron    (and  hadron  decay  photon)  v2.    Therefore,  Rγ  is  a  crucial  component.  

⌫dir.n =R�⌫inc.n � ⌫dec.n

R� � 1

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Rγ  measured  by  real  and  virtual  photons

Rγ  measured  with  real  (conversion)  photons  is  consistent  with        the  earlier  virtual  photon  measurement.  

R� = Ninc./Ndec.

P.R.L.  104,  132301(2010)  virtual  photon  analysis    Present  data  external  conversion  analysis

arXiv:1405.3940

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Φ3

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Higher  order  azimuthal  anisotropy

Dominant  component  is  v2;    v3  comes  from  par9cipant  fluctua9ons,  viscosity  dampens  higher    order  terms.  

Φ2

⌫n =< cos{n(�� �n)} >

dN

d(�� n)= N0[1 + 2

1X

n=1

vncos{n(�� �n)}]

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(GeV/c) T

p0 2 4

3v

0

0.05

0.1 0-60(%)3 v0π

3 vinc.γ

E.P.:RxN(I+O)Au+Au 200GeV

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

0

0.05

0.13 vdir.γ

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γdir.  v3  measurement

The  magnitude  of  γdir.  v3  is  similar  to  π0,  a  similar  trend  as  a  seen  in    case  of  v2.  Photon  azimuthal  asymmetries  may  be  affected  by  expansion  of  QGP.  

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(GeV/c) T

p0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.23 vdir.γ

E.P. : RxN(I+O)

(GeV/c) Tp0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.2 Au+Au200GeV

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.20-20(%) 20-40(%) 40-60(%)

Centrality  dependence  of  γdir.  v3

η  range  of  RxN(I+O)  is  from  1.0  to  2.8.  Non-­‐zero,  posi9ve  v3  is  observed  in  all  centrality  bins.  No  strong  centrality  dependence:  similar  tendency  as  for  charged    hadrons  (P.R.L.  107,  252301  (2011))  and  π0.  

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(GeV/c) T

p0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.23 vdir.γ 3 v0π

E.P. : RxN(I+O)

(GeV/c) Tp0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.2 Au+Au200GeV

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

-0.1

0

0.1

0.20-20(%) 20-40(%) 40-60(%)

2014/05/19 QM2014  @  Darmstadt 18

γdir.  and  π0  v3  show  similar  trend

The  centrality  (in)dependence  of  γdir.  v3  is  also  observed  for  π0  v3.  

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0.0

0.1

0.2

0.3

v 2gdirect (calorimeter)gdirect (conversions)

Au+AupsNN = 200GeV

RXP(I+O)

0 1 2 3 40.00

0.05

0.10

0.15

v 3

0-20%

0 1 2 3 4pT [GeV/c]

20-40%

0 1 2 3 4

40-60%

2014/05/19 QM2014  @  Darmstadt 19

Comparison  of  γdir.  vn  with  the  two  methods

The  calorimeter  and  conversion  photon  measurements  are    consistent  within  systema9c  uncertainty.  γdir.  vn  are  extended  to  lower  pT,  by    the  conversion  photon  analysis.  

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0 1 2 3 40.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

v 2

gdirect (conversions)gdirect (calorimeter)

vHess et al. (b)vHess et al. (a)Linnyk et al.

0 1 2 3 4pT [GeV/c]

0 1 2 3 4

van  Hees  et  al:  P.R.C  84,  054906  (2011)  Linnyk  et  al.:  PHSD  model,  private  communica9on  

Comparison  γdir.  v2  with  theoreHcal  calculaHons

0-­‐20% 20-­‐40% 40-­‐60%

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(GeV/c) T

p0 2 4

3

/v 2v

0

2

4

6 Au+Au200GeV0-20(%)

dir.γ 0πdir.γ/s=0.08 ηMCGlb. ±π/s=0.08 ηMCGlb. dir.γ/s=0.20 ηMCKLM ±π/s=0.20 ηMCKLM

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The  raHo  of  γdir.  &  π0  v2/v3

So  far  all  uncertain9es  are  assumed  to  be  uncorrelated.  The  ra9os  –  both  for  π0  and  γ  –  slightly  prefer  lower  η/s  values.  

Theory  curves:  private    communica9on  by  Ch.  Shen,    Ch.  Gale,  J.-­‐F.  Paquest,    U.  Heinz  as  in  1403.7558,    Calculated  for  RHIC.

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Summary SoQ  photons  are  expected  to  do  provide  important  keys  to  understand    photon  produc9on  mechanisms  and  medium  proper9es,  including    viscosity.    Centrality  dependence  of  direct  photon  yield  The  shape  of  pT  spectra  doesn’t  have  strong  centrality  dependence.  The  excess  of  yield  increases  with  centrality  like                          with  α≈1.48.    3rd  order  Azimuthal  anisotropy  Direct  photon  has  as  large  v3  as  hadrons,  which  is  similar  to  the  case    of  v2.  Non-­‐zero,  posi9ve  direct  photon  v3  is  observed  in  all  centrality  bins.  Direct  photon  is  expected  to  be  a  viscometer  of  QGP.  

N↵part

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Posters  for  direct  photon  from  PHENIX

SystemaHc  studies  of  the  centrality  dependence  of  soP  photon    producHon  in  Au+Au  collision  with  PHENIX  photon  measurement  with  external  photon  conversion  method  Benjamin  BANNIER  (G-­‐01)        Direct  photon  collecHve  flow  in  Au+Au  collisions  at  √sNN=200GeV  Direct  photon  v3  measurement  by  real  photon  with  Calorimeter  Sanshiro  MIZUNO  (H-­‐20)

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2014/05/19 QM2014  @  Darmstadt 25

The  detector  informaHon

Central  Arm:  Measure  electrons  and  photons  |η|  <  0.35    Reac9on  Plane  Detector  (RxN):  Es9mate  Event  Plane  Inner  :  1.5  <  |η|  <  2.8  Outer  :  1.0  <  |η|  <  1.5    MPC:  Es9mate  Event  Plane  3.1  <  |η|  <  3.8    BBC:  Es9mate  Event  Plane  3.1  <  |η|  <  3.9

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External  conversion  photon 1)  real  photon  converts  to  e+e-­‐  in  HBD  backplane  2)  default  assump9on:  track  come  from  the  vertex  3)  momentum  of  the  conversion  tracks  will  be              mis-­‐measured  (see  black  tracks)  4)  apparent  pair-­‐mass  (about  12MeV)  will  be  measured              for  phtons  5)  assume  the  same  tracks  originate  in  the  HBD  backplane  6)  re-­‐calculate  momentum  and  pair  mass  with  this            “alternate  tracking  model”  7)  for  true  converted  photons  Matm  will  be  around  zero  

Real  track  esHmated  track

MHB

D[GeV

]

26 Mvtx[GeV]

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2014/05/19 QM2014  @  Darmstadt 27

Ncoll-­‐scaled  pp  fit  external  conversion  pp  virtual  photon  pp  in  EMCal(Run2003  data)  pp  in  EMCal(Run2006  data)  AuAu  in  EMCal(Run2004  data)  AuAu  from  virtual  photon(Run4  data)      Using  external  photon  conversion    method  achieved  good  agreement    with  previous  results.

Comparable  measurement  is  achieved

Au+Au

Min.  Bias

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The  table  of  excess  of  direct  photon  yield

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Centrality  (Npart)  dependence  of  yield P.R.C  89,  044910(2014)  

Theore9cal  calcula9on  of  excess  of  the  photon  yield.

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The  analysis  informaHon

γdir.  vn  with  external  conversion  photon  analysis  charged  π  vn  γinc.  vn  with  external  conversion  photon  analysis  Rγ  with  external  conversion  photon  analysis      γdir.  vn  with  Calorimeter  π0  vn  with  Calorimeter  γinc.  vn  with  Calorimeter  Rγ  with  external  conversion  photon  analysis  

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Comparison  γdir.  v3

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

0

0.05

0.1

0-60(%) (RxN(I+O))3 vdir.γ

Au+Au200GeV

(GeV/c) T

p0 2 4

3v

0

0.05

0.1

0-60(%) (RxN(In)+MPC)3 vdir.γ

Au+Au200GeV

RxN(I+O)  :  1.0  <|η|<  2.8  RxN(In)+MPC  :  1.5  <|η|<  3.8    The  magnitude  of  v3  is  comparable.

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Centrality  (%)

It  is  known  that  they  have    weak  correla9on.    It  is  considered  that  3rd    order  of  Event  Plane  is    defined  as  a  deforma9on    of  ini9al  geometry.

< cos {6(�A3 � �

B2 )} >

2nd  and  3rd  order  E.P.  correlaHon

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Comparison  of  inclusive  photon  vn

Inclusive  photon  vn  is  measured  via  conversion  photon,  and  pT    range  is  extended  to  low  pT  region.  

(GeV/c) T

p0 1 2 3 4

2v

0

0.1

0.2 (RxN(I+O))2 vinc.γ

real photonexternal conversion photon

(GeV/c) T

p0 1 2 3 4

3v

0

0.1

0.2 (RxN(I+O))3 vinc.γ

real photonexternal conversion photon

(GeV/c) T

p0 1 2 3 42v

0

0.1

0.2Au+Au 200GeVAu+Au 200GeV

(GeV/c) T

p0 1 2 3 4

3v

0

0.1

0.2(GeV/c)

Tp0 1 2 3 4

2v

0

0.1

0.2

(GeV/c) T

p0 1 2 3 4

3v

0

0.1

0.2

0-20(%) 20-40(%) 40-60(%)0-20(%) 20-40(%) 40-60(%)

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The  table  of  systemaHc  uncertainty  of  γdir.  v3

They  are  the  rela9ve  value  of  systema9c  uncertainty  propagated  to    γdir.  v3.    π0,  γinc.  and  Rγ  is  considered  to  be  independent  for  harmonics.

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P.R.L.  107,  252301(2011)

v3  and  v4  have  weak  centrality  dependence  while  v2  has  strong.  It  indicates  v3  and  v4  are  created  by  the  ini9al  geometry  deforma9on.  

v2    

v3    

v4

Measurement  of  higher  order  vn

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arXiv:1212.3995v2

v2

Similar  trend  with  RHIC-­‐PHENIX  is  observed  by  LHC-­‐ALICE.

γdir.  measurement  by  ALICE