Centrality	  Dependence	  Of	  SoQ	  Photon	  Produc9on	  	  and	  Its	  Collec9ve	  Flow	  	  in	  Au+Au	  Collisions	  At	  √sNN=200GeV	Sanshiro	  Mizuno	  for	  the	  PHENIX	  collabora9on	  University	  of	  Tsukuba,	  RIKEN	  	  mail	  to	  :	  s1230082@u.tsukuba.ac.jp	  What	  are	  direct	  photons	  ?	

pT(GeV/c)	

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	Jet	  fragmentaHon	
jet-­‐photon	  conversion	(thermal?)	  radiaHon	  from	  QGP	
(thermal?)	  radiaHon	  from	  HG	hadron	  decay	

2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

Hme	2	

Previous	  soP	  photon	  results	  from	  PHENIX	

Min.	  Bias	

P.R.L.	  109,	  122302(2012)	

P.R.L.	  104,	  132301(2010)	  There	  is	  a	  large	  excess	  with	  respect	  to	  scaled	  p+p,	  and	  very	  large	  	  ﬂow	  in	  the	  1-­‐4	  GeV/c	  region.	
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

3	

Direct	  photon	  puzzle	

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	

It	  is	  a	  challenge	  for	  models	  to	  explain	  simultaneously	  the	  excess	  of	  	  direct	  photon	  yield	  and	  the	  large	  ellip9c	  ﬂow	  (v2).	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

4	

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.	  

2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

5	Centrality	  dependence	  of	  the	  γdir.	  yield	

2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

6	

MHBD:	  Real	  track	  Mvtx	  	  :	  Measured	  track	Photons	  by	  external	  conversion	Published	  Real	  photons	  in	  EMCal	  :	  1	  -­‐	  20	  GeV/c	  large	  errors	  at	  low	  pT	  (resolu9on,	  contamina9on)	  MHBD[GeV]	

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	  2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

Mvtx[GeV]	
7	

Enhancement	  of	  the	  direct	  photon	  yield	
arXiv:1405.3940	

2014/05/19	

The	  yields	  from	  p+p	  data	  	  are	  ﬁfed	  by	  	  pT 2 c	  )a(1 +	  bextrapolated	  below	  	  2	  GeV/c.	  	  TAA =< Ncoll > / pp	  	  Compared	  with	  a	  green	  line	  	  which	  is	  expected	  from	  p+p	  data,	  	  enhancements	  are	  observed.	  

QM2014	  @	  Darmstadt	

8	

Excess	  photon	  yield	

arXiv:1405.3940	

AepT /Tef f

Excess	  yield	  (above	  expecta9on	  from	  scaled	  p+p)	  ﬁfed	  with	  an	  	  exponen9al.	  The	  slopes	  are	  comparable	  within	  uncertain9es.	  
QM2014	  @	  Darmstadt	
2014/05/19	
9	Centrality	  (Npart)	  dependence	  of	  the	  yield	
arXiv:1405.3940	  Data	

P.R.C	  89,	  044910(2014)	  Theory	  ↵Excess	  of	  photon	  yield	  increases	  with	  power-­‐law	  func9on,	  F	  	   = ANpartα=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.	  
QM2014	  @	  Darmstadt	
2014/05/19	
10	

Yield:	  data	  vs	  theories	
arXiv:1405.3940	
(a)

1d2 N
2
2p pT dpT dy [(GeV/c) ]101

Linnyk et al.
vHees et al.
Shen et al. (KLN)
Shen et al. (MCGlb)
direct g100(b)Au+Au

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)	  	  psNN = 200 GeV

10 1
10 2
10 3
10 4
10 5

101

0-20%

20-40%

(c)

(d)

100
10 1
10 2
10 3

The	  yield	  itself	  is	  s9ll	  not	  perfectly	  	  	  	  described.	  

10 4
10 5

40-60%
01

60-92%
23

2014/05/19	

41

2

3

pT [GeV/c]

45

QM2014	  @	  Darmstadt	

11	

γdir.	  Azimuthal	  anisotropy	

2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

12	

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.	  
inc.
dec.
R⌫⌫nn	  ⌫ndir. =R
1
Therefore,	  Rγ	  is	  a	  crucial	  component.	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

13	

Rγ	  measured	  by	  real	  and	  virtual	  photons	
arXiv:1405.3940	

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

R = Ninc. /Ndec.

Rγ	  measured	  with	  real	  (conversion)	  photons	  is	  consistent	  with	  	  	  	  the	  earlier	  virtual	  photon	  measurement.	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

14	Higher	  order	  azimuthal	  anisotropy	
dNd(n)= N0 [1 + 2⌫n =< cos{n(1X

vn cos{n(n )}]n=1n )} >Φ3	
Φ2	Dominant	  component	  is	  v2;	  	  v3	  comes	  from	  par9cipant	  ﬂuctua9ons,	  viscosity	  dampens	  higher	  	  order	  terms.	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

15	

γdir.	  v3	  measurement	0-60(%)π0 v3
γ inc. v3

0.1v3

v3

0.1

0.05

0.05

0E.P.:RxN(I+O)  Au+Au 200GeV 002

γ dir. v3

40p (GeV/c)
T2

4p (GeV/c)
TThe	  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.	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

16	Centrality	  dependence	  of	  γdir.	  v3	0.220-40(%)
0.2

Au+Au
200GeVv3

v3

γ dir. v3
E.P. : RxN(I+O)

40-60(%)
0.2

 v3

0-20(%)



0.1

0.1

0.1

000-0.1

-0.1

-0.1

02

40p (GeV/c)
T2

40pT(GeV/c)

24p (GeV/c)Tη	  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.	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

17	γdir.	  and	  π0	  v3	  show	  similar	  trend	
0-20(%)v3

v3

0.2
Au+Au  200GeV 0.2

γ dir. v3 π0 v3
E.P. : RxN(I+O)

40-60(%)
v3

0.2

20-40(%)

0.1

0.1

0.1

000-0.1-0.1-0.102

40p (GeV/c)
T2

40pT(GeV/c)

24p (GeV/c)
TThe	  centrality	  (in)dependence	  of	  γdir.	  v3	  is	  also	  observed	  for	  π0	  v3.	  

2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

18	Comparison	  of	  γdir.	  vn	  with	  the	  two	  methods	
gdirect (calorimeter)
gdirect (conversions)

v2

0.3

Au+Au
pRXP(I+O)
sNN = 200 GeV 0.2 

0.1
0.0
0.15

0-20%

20-40%

40-60%

v3

0.10
0.05
0.00

012340123pT [GeV/c]

401234The	  calorimeter	  and	  conversion	  photon	  measurements	  are	  	  consistent	  within	  systema9c	  uncertainty.	  
γdir.	  vn	  are	  extended	  to	  lower	  pT,	  by	  	  the	  conversion	  photon	  analysis.	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

19	Comparison	  γdir.	  v2	  with	  theoreHcal	  calculaHons	0-­‐20%	

0.3520-­‐40%	

gdirect (conversions)gdirect (calorimeter)0.30

 



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

0.25

v20.2040-­‐60%	

0.15
0.10
0.05
0.00

012340123pT [GeV/c]

401234van	  Hees	  et	  al:	  P.R.C	  84,	  054906	  (2011)	  Linnyk	  et	  al.:	  PHSD	  model,	  private	  communica9on	  2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

20	

The	  raHo	  of	  γdir.	  &	  π0	  v2/v3	
γ dir. π0
MCGlb. η/s=0.08 γ dir.
MCGlb. η/s=0.08 π±
MCKLM η/s=0.20 γ dir.
MCKLM η/s=0.20 π±v2/v 3

6 Au+Au
200GeV
0-20(%)
4Theory	  curves:	  private	  	  communica9on	  by	  Ch.	  Shen,	  	  Ch.	  Gale,	  J.-­‐F.	  Paquest,	  	  U.	  Heinz	  as	  in	  1403.7558,	  	  Calculated	  for	  RHIC.	

2 

00

24
p (GeV/c)TSo	  far	  all	  uncertain9es	  are	  assumed	  to	  be	  uncorrelated.	  
The	  ra9os	  –	  both	  for	  π0	  and	  γ	  –	  slightly	  prefer	  lower	  η/s	  values.	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

21	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	  	  N	  	  	  	  part	  	  	  	  	  	  	  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.	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

22	

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)	

2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

23	

2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

24	

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	
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

25	External	  conversion	  photon	

Real	  track	  esHmated	  track	MHBD[GeV]	

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	  Mvtx[GeV]	

26	

Comparable	  measurement	  is	  achieved	

Min.	  Bias	

Au+Au	

2014/05/19	

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.	

QM2014	  @	  Darmstadt	

27	

The	  table	  of	  excess	  of	  direct	  photon	  yield	

2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

28	

Centrality	  (Npart)	  dependence	  of	  yield	
P.R.C	  89,	  044910(2014)	  Theore9cal	  calcula9on	  of	  excess	  of	  the	  photon	  yield.	
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

29	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	  2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

30	

Comparison	  γdir.	  v3	0.10-60(%)

γ dir. v3 (RxN(I+O))
Au+Au 

v3v30-60(%)
0.1

200GeV

Au+Au

 



200GeV

0.05

0.05

000

γ dir. v3 (RxN(In)+MPC)

24p (GeV/c)

0T

24p (GeV/c)
TRxN(I+O)	  :	  1.0	  <|η|<	  2.8	  RxN(In)+MPC	  :	  1.5	  <|η|<	  3.8	  	  The	  magnitude	  of	  v3	  is	  comparable.	
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

31	

2nd	  and	  3rd	  order	  E.P.	  correlaHon	
< cos {6(A3B2 )} >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.	

Centrality	  (%)	2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

32	Comparison	  of	  inclusive	  photon	  vn	40-60(%)
v220-40(%)
v2v20-20(%)

0.1

0.1

0.1000Au+Au 200GeV10.2

 0 γ inc. v1 (RxN(I+O))
23 p (GeV/c)
4030.2Treal photon

2v30.2v3v30.2

γ inc. v2 (RxN(I+O))
real photon
0.2
external conversion photon

3 p (GeV/c)
40T

0.1

0.1

0002

340p (GeV/c)T

3 p (GeV/c)
4T

0.2

0.1

12



external conversion photon

0112340p (GeV/c)
T1234p (GeV/c)
TInclusive	  photon	  vn	  is	  measured	  via	  conversion	  photon,	  and	  pT	  	  range	  is	  extended	  to	  low	  pT	  region.	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

33	

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.	

2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

34	

Measurement	  of	  higher	  order	  vn	

P.R.L.	  107,	  252301(2011)	

v2	  	  v3	  	  v4	v3	  and	  v4	  have	  weak	  centrality	  dependence	  while	  v2	  has	  strong.	  
It	  indicates	  v3	  and	  v4	  are	  created	  by	  the	  ini9al	  geometry	  deforma9on.	  
2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

35	

γdir.	  measurement	  by	  ALICE	

arXiv:1212.3995v2	

v2	

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

2014/05/19	

QM2014	  @	  Darmstadt	

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