Experimental results on quarkonium a in heavy-ion - PowerPoint PPT Presentation

Experimental ¡results ¡on ¡quarkonium ¡ a ¡ in ¡heavy-­‑ion ¡collisions: ¡ ¡ (few) ¡outstanding ¡open ¡ques>ons ¡ (and ¡how ¡to ¡address ¡them) ¡ Raphaël ¡Granier ¡de ¡Cassagnac ¡ LLR ¡– ¡École ¡polytechnique ¡/ ¡IN2P3 ¡ ERC ¡grant ¡“QuarkGluonPlasmaCMS” ¡ ¡ ¡ SaporeGravi(s), ¡Dec. ¡10 th ¡2014, ¡Padova ¡

Do ¡quarkonia ¡disappear ¡sequen>ally? ¡ Matsui ¡& ¡Satz, ¡ • Old ¡predicted ¡signature ¡of ¡the ¡QGP ¡ PLB168 ¡(1986) ¡415 ¡ – Quarkonia ¡should ¡melt ¡one ¡aZer ¡the ¡ other, ¡depending ¡on ¡their ¡binding ¡ energy ¡ ϒ (1S) – Example ¡of ¡mel>ng ¡temperatures ¡ à ¡ ¡ χ b • In ¡an ¡ideal ¡world, ¡they ¡could ¡serve ¡as ¡ a ¡thermometer ¡of ¡the ¡plasma ¡ J/ ψ , ϒ (2S) – With ¡one ¡grade ¡per ¡measured ¡ χ c , χ ’ b , ψ ', quarkonium… ¡ ϒ (3S) – Poten>ally ¡five ¡at ¡LHC: ¡ψ, ¡ψ’, ¡Y(1S), ¡ Y(2S), ¡Y(3S) ¡ Mocsy, ¡EPJC61 ¡(2009) ¡705 ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 2

Do ¡we ¡have ¡a ¡thermometer? ¡ ¡ • This ¡would ¡require: ¡ – A ¡good ¡theore>cal ¡control ¡of ¡the ¡ mel>ng ¡temperatures… ¡ ϒ (1S) • (a ¡ques>on ¡for ¡theorists) ¡ χ b – An ¡experimental ¡evidence ¡for ¡ steps ¡and ¡plateaus ¡in ¡the ¡ J/ ψ , ϒ (2S) suppression ¡paeern ¡ χ c , χ ’ b , ψ ', • (a ¡ques>on ¡for ¡this ¡talk) ¡ ϒ (3S) Mocsy, ¡EPJC61 ¡(2009) ¡705 ¡ raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 3 10/12/2014

CHARMONIA: ¡J/Ψ, ¡Ψ’, ¡Χ C ¡ ¡ ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 4

Have ¡we ¡seen ¡these ¡steps? ¡Or ¡this ¡rise? ¡ ψ ’ χ C (a very popular cartoon that we J/ ψ should probably avoid showing … ) raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 5 10/12/2014

Have ¡we ¡seen ¡these ¡steps? ¡Or ¡this ¡rise? ¡ • Complica>on ¡#1: ¡Regenera>on… ¡ ¡ – At ¡high ¡energy, ¡copiously ¡produced ¡cc ¡pairs ¡could ¡ recombine ¡to ¡form ¡addi>onal ¡charmonia… ¡ More than 100 charm pairs in central PbPb @ 2.76 TeV ψ ’ χ C (a very popular cartoon that we J/ ψ should probably avoid showing … ) raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 6 10/12/2014

How ¡many ¡J/ψ ¡from ¡higher ¡states? ¡ • Complica>on ¡#2: ¡Feed-­‑down… ¡ – Knowing ¡the ¡frac>on ¡coming ¡from ¡higher ¡states ¡ ¡ ≈ 10-30% from χ C raising with p T (CDF measurement looking odd) ≈ 8% from ψ (2S) ( ≈ constant with √ s and p T ) (+ 10-40% B à J/ ψ raising with p T ) Woehri@Quarkonia’14 ¡ raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 7 10/12/2014

Do ¡you ¡remember ¡SPS? ¡ This looks like the expected drop from a (unmeasured) χ C with the ψ ’ being much more fragile NA50, ¡EPJC49 ¡(2007) ¡559 ¡ raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 8 10/12/2014

Do ¡you ¡remember ¡SPS? ¡ • Complica>on ¡#3: ¡Cold ¡effects… ¡ – Also ¡suppress ¡quarkonia, ¡and ¡need ¡to ¡be ¡subtracted ¡ NA50, ¡EPJC49 ¡(2007) ¡559 ¡ raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 9 10/12/2014

LHC: ¡What ¡is ¡this ¡step+plateau ¡due ¡to? ¡ à PbPb @ LHC pure R AA (cold+hot effects) Maybe the best plateau of heavy-ion history … R AA within 0.1 units from 0 to 50% centrality (a factor of ≈ 10 in N coll ) ALICE, ¡PLB734 ¡(2014) ¡314 ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 10

LHC: ¡What ¡is ¡this ¡step+plateau ¡due ¡to? ¡ ? ? ALICE, ¡PLB734 ¡(2014) ¡314 ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 11

LHC: ¡What ¡is ¡this ¡step+plateau ¡due ¡to? ¡ ! à PbPb @ LHC LHC Three arguments in favour of regeneration 1/ Because J/ ψ were RHIC more suppressed at RHIC! ALICE, ¡PLB734 ¡(2014) ¡314 ¡ PHENIX, ¡PRC84 ¡(2011) ¡054912 ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 12

Is ¡this ¡regenera>on? ¡ 2/ Because low p T less suppressed than high p T @LHC ALICE STAR PHENIX CMS ALICE, ¡PLB734 ¡(2014) ¡314 ¡ CMS, ¡PLB734 ¡(2014) ¡314 ¡ PHENIX, ¡PRC84 ¡(2011) ¡054912 ¡ STAR, ¡PLB722 ¡(2013) ¡55 ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 13

Why ¡is ¡the ¡J/ψ ¡azimuthally ¡asymmetric? ¡ ¡ 3/ Because J/ ψ • Significant ¡v 2 ¡at ¡low ¡ flows at LHC? (ALICE) ¡& ¡high ¡(CMS) ¡p T ¡ – Need ¡more ¡data ¡ ¡ ¡to ¡ resolve ¡the ¡p T ¡ dependence ¡ ¡ – From ¡regenera>on ¡to ¡ path-­‑length ¡dependence ¡ of ¡J/ψ ¡suppression? ¡ ALICE, ¡PRL111 ¡(2013) ¡1662301 ¡ CMS, ¡HIN-­‑12-­‑001 ¡ More ¡data! ¡ raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 14 10/12/2014

How ¡to ¡extrapolate ¡from ¡pPb ¡to ¡PbPb? ¡ R AA (y) ≈ R pA (–y) x R pA (+y) (valid for shadowing, nuclear absorption, energy loss … ) gives R AA ≈ 0.7 from cold effects, not that far from R AA … Ok for integrated yields, but might not work for p T dependence … (steeply falling spectrum, Cronin effect … ) ALICE, ¡JHEP02 ¡(2014) ¡073 ¡ ¡ ¡ k à Understand the p T r o w l ¡ a c i t e r o LHCb, ¡JHEP02 ¡(2014) ¡072 ¡ ¡ e h T and event-activity ¡ m r a h c ¡ n e p o l ¡ a t o dependences first … T ¡ & raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 15 10/12/2014

Why ¡is ¡J/ψ ¡suppression ¡mildly ¡depending ¡on ¡√s? ¡ 1.6 200 GeV Back to RHIC Global sys.= 9.2% ± 1.4 62.4 GeV PHENIX data/our estimat e and SPS Global sys.= 29.4% ± 1.2 R AA vs N part 39 GeV PHENIX data /FNAL data Global sys.= 19% ± 1 AA J/ , 1.2 <|y| < 2.2 µ µ ψ → 0.8 R 39=62=200 GeV 0.6 0.4 SPS=RHIC 0.2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 N part √ CuCu=AuAu=UU raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 16 10/12/2014

Why ¡is ¡J/ψ ¡suppression ¡mildly ¡depending ¡on ¡√s? ¡ 1.6 200 GeV Back to RHIC Global sys.= 9.2% ± 1.4 62.4 GeV PHENIX data/our estimat e and SPS Global sys.= 29.4% ± 1.2 R AA vs N part 39 GeV PHENIX data /FNAL data Global sys.= 19% ± 1 AA J/ , 1.2 <|y| < 2.2 µ µ ψ → 0.8 R 39=62=200 GeV 0.6 At ¡LHC, ¡R AA ¡should ¡raise ¡with ¡√s ¡ 0.4 SPS=RHIC 0.2 (and ¡possibly ¡with ¡N part ) ¡ ¡ 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 if ¡regeneration ¡is ¡at ¡play ¡ ¡ N part √ CuCu=AuAu=UU raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 17 10/12/2014

THE ¡PECULIAR ¡Ψ’ ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 18

What ¡is ¡this ¡ψ’ ¡rise ¡due ¡to? ¡ ¡ • Surprisingly ¡large ¡(ψ’/ψ) PbPb ¡ / ¡(ψ’/ψ) pp ¡ra>o… ¡ • ψ’ ¡very ¡suppressed ¡at ¡high ¡ p T ¡(more ¡than ¡ψ) ¡ à ¡R AA (ψ’) ¡= ¡0.13 ¡± ¡0.05 ¡ – Sequen>al ¡mel>ng? ¡ • Much ¡less ¡at ¡lower ¡p T ¡ ¡ à ¡R AA (ψ’) ¡= ¡0.67 ¡± ¡0.19 ¡ – Regenera>on? ¡ ¡ (Centrality-integrated R AA ) Do ¡be ¡studied ¡ ¡ with ¡more ¡data ¡ CMS, ¡1410.1804, ¡accepted ¡by ¡PRL ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 19

In ¡pA-­‑like ¡collisions, ¡why ¡is ¡the ¡ψ’ ¡so ¡fragile? ¡ ' ψ 1.4 SPS Global Sys 27.8% ± J/ Phys.Rev.Lett. 107, 142301 (2011) ψ 1.2 Global Sys ± 14.6% 1 dAu 0.8 ' ψ R 0.6 RHIC 0.4 0.2 |y|<0.35 s =200 GeV d+Au NN 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 N coll A rather dramatic suppression, as soon as one looks at density- related dependence … NA50, ¡EPJC49 ¡(2007) ¡559 ¡ LHC, Pb-going PHENIX, ¡PRL111 ¡(2013) ¡202301 ¡ ALICE, ¡preliminary ¡ ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 20

Y(1S) p+p Y(2S) Y(3S) PbPb SAPORIBUS ¡GRAVIBUS ¡ THE ¡BOTTOMONIUM ¡FAMILY ¡ ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 21

Do ¡boeomonia ¡disappear ¡sequen>ally? ¡ A clear ordering of the three Y states, but no clear step-like pattern (Most peripheral bin is only 50-100%) Idea that this would be compatible with the direct Y(1S) not melting … R AA (Y(1S)) = 0.56 ± 0.08 ± 0.07 R AA (Y(2S)) = 0.12 ± 0.04 ± 0.02 R AA (Y(3S)) < 0.10 @ 95% CL + R AA (Y(1S)) = 0.30 ± 0.05 ± 0.04 (at forward rapidity) CMS, ¡PRL109 ¡(2012) ¡222301 ¡ ALICE, ¡PLB738 ¡(2014) ¡361 ¡ 10/12/2014 raphael@in2p3.fr - quarkonia - SaporeGravi(s) 22