Photon physics in ALICE
D.Peressounko
RRC “Kurchatov institute”
for the ALICE collaboration
KIAE
Photons in heavy ion collision
Photon physics with ALICE
2
Direct photons:
 photons not originated in hadrondecays.
    - prompt photons:
          photons created in collisions of
          incoming partons and in parton
          fragmentation
    - thermal photons:
          thermal emission of hot matter
Isolated photons:
photons without hadron activity insome cone
 prompt
isolated
thermal
Spectrum:   temperature,  fireball lifetime
RAAcontrol of initial state
Collective flow: flow development on earlystages
HBTspace-time dimensions of hot matter
Jet taggingcalibrated jets, fragmentationfunction modification in matter
KIAE
ALICE setup for 2010
3
4/11 EMCAL
=40, ||<0.7
0
1
2
3
4
5
6
7
9
8
11
12
13
14
15
17
0
1
2
3
4
16
10
3/5 PHOS
=60, ||<0.12
Full TPC+ITS
=360, |TPC|<0.9, |ITS|<1.2
Photon physics with ALICE
KIAE
4
Photon physics with ALICE
Calorimeters: PHOS and EMCAL
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PHOS
EMCAL
E/E (%)
(mm)
Rip (cm)
460
428
E/E (%)
(mm)
Rip (cm)
KIAE
C:\Users\Dima\Desktop\CaloConv\ConvPlots\figsCC101007-HardProbesConference\Pi0_data_InvMassFullPtWithoutBG_90035620401003321.gif
5
Photon physics with ALICE
Conversion method
C:\Users\Dima\Desktop\CaloConv\ConvPlots\figsCC101007-HardProbesConference\XY_distribution_conference.gif
C:\Users\Dima\Desktop\CaloConv\ConvPlots\figsCC101007-HardProbesConference\Photon_RecoEff_conference.gif
KIAE
6
Photon physics with ALICE
Spectrum of direct photons: PHENIX
au_020_gdirect_theory_comp2
Tini = 300 to 600 MeV
   = 0.15 to 0.5 fm/c
D.d’Enterria, D.Peressounko, Eur.Phys.J.C 46 (2006)
KIAE
Spectrum of direct photons: ALICE
Photon physics with ALICE
7
[[1] N. Armesto, (ed.) et al. F.Arleo et al,
   J.Phys.G35:054001, 2008
   2+1 hydro, Tin=650 MeV, reach RHG EOS
   pQCD: CTEQ6.5M + nDSg, AKK+c=50 GeV
[[2] F. Arleo et al.,(Yellow Report)hep-ph/0311131
    pQCD:CTEQ5M,KKP(BFGII for ),
               EKS98+Eloss(0 for )
[[3] S.Tubide et al., Phys.Rev.C72:014906,2005
 
ratio_sum.gif
To estimate expected systematic error extrapolate  PHENIX results to ALICEaccounting S/Bg ratio, difference in amount of material, resolutions etc.
KIAE
8
Photon physics with ALICE
Direct photon HBT
l20_c67_pt2_color75
direct_short_color
Most probable
yield
The lowest
yield
Correlationmethod:
Predictions
hadronicgas
QGP
sum
pQCD
M.M. Aggarwal etal.,Phys.Rev.Lett.93:022301,(2004)
86Kr+natNi
@ 60 AMeV
181Ta+197Au
@ 40 AMeV
M.Marques et al.,(TAPS collaboration)PRL 73 (1994) 34.
KIAE
9
Photon physics with ALICE
Direct photon HBT in ALICE/PHOS, MCsimulations
unfold.gif
rec-dec6.gif
rec-dec2.gif
KIAE
10
Photon physics with ALICE
Direct photons and hadron RAA in AA collisions: RHIC
[PHENIX, QM2009]
Direct photons scale as with Npart and provide calibration of the initial state ofAA collisions.
Raa_PHENIX
KIAE
Direct photon RAA in ALICE
Photon physics with ALICE
11
F. Arleo et al.  Yellow report,
CERN-2004-009-D, hep-ph/0311131
~measurable level
So far ALICE collected ~15 nb-1
KIAE
Isolated photons
12
Photon physics with ALICE
In pp collisions:
In PbPb collisions
Due to underlying event oneshould use fixed cut
Due to limited acceptance of ALICE use R = 0.4
hep-ex/0609031
KIAE
Isolation of fragmentation photons
 The fragmentation channel dominatesal low pT
 After ~ 35 GeV the Compton channeldominates.
13
Photon physics with ALICE
Isolated
All direct photons
- Increase the Compton (and annihilation)contributions.
 Decrease strongly the fragmentation
channel
Raphaelle Ichou, Ph.D thesis 2010
KIAE
Isolated photons: spectrum
14
Photon physics with ALICE
Raphaelle Ichou, Ph.D thesis 2010
KIAE
Isolated direct photons
Photon physics with ALICE
15
Y. Mao et al.,
Eur.Phys.J.C57:613-619,2008
IC: R =0.3, (pT)=2 GeV/c
IC: R =0.2, pT>2 GeV/c
G. Conesa et al.,
 ALICE-INT-2005-014, NIM A 580 (2007) 1446
2 PHOS modules
5 PHOS modules
KIAE
16
Photon physics with ALICE
Isolated photons: jet tagging
xEz
pout
kT
pTa
XE= -pTh · pT / |pT|2
pTt
 Direct access of jet modification & medium response
 Clean way to measure Fragmentation Functions:
   approximate z with xE
    - Caveat:  kT smeares relation z<-> xE
 Systematic control on geometrical bias
Look at modification of FF in AA  collisionswith respect to pp
KIAE
17
Photon physics with ALICE
Gamma-jet correlations: PHENIX
dir_dphi
A. Adare et al (PHENIX) PRC 80, 024908 (2009)
M.Connor @ Hard Probes 2010
KIAE
18
Photon physics with ALICE
Correlation function with direct photons
 Started analysis
 First results are promising…
Y.Mao @ Hot Quarks 2010
KIAE
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Correction functions with isolated triggers
 Correlation of Charged Tracks PHOS clusters EMCAL clusters with charged hadronsmeasured in TPC+ITS.
Left Plot: Near (mainly for EM calorimeters) and away side correlation shows ajet-like structure
Right plot: Applying isolation cuts to clusters or 0the away side correlationremains: single pi0 jets and/or direct-photon jet ?
 Consolidate the isolation cut, extract kT, FF.
EmcTriggerDphi
InclusiveDphi
CompYield
performance
01/09/2010
CompYield
performance
01/09/2010
pp @ √s= 7 TeV
pp @ √s= 7 TeV
Photon physics with ALICE
Y.Mao @ Hot Quarks 2010
KIAE
Photons provide the possibility to study alarge variety of characteristics of heavy-ioncollisions
ALICE measures photons in detectors basedon different technologies which providereliable cross-check
Ongoing analyses look promising.
20
Photon physics with ALICE
Conclusions
KIAE
Backup slides
21
Photon physics with ALICE
KIAE
-h correlation in pp and AA
Photon physics with ALICE
22
xEz
pout
kT
pTa
XE= -pTh · pT / |pT|2
EPJC (2008) 57: Y. Mao
background photons
background soft hadrons
XE
RAA_E20.eps
DAA = CFAA/CFpp
pTt
PYQUEN
KIAE
-hadron correlations
Photon physics with ALICE
23
CFQuarkPhiIsoAll
CFQuarkPhiAll
G. ConesaProceedings of Science, PoS (HIGH-pTLHC) 003
All associated charged hadrons with pT > 2 GeV/c
PYTHIA pp collisions √s=14 TeV
KIAE
Isolated Spectra in EMCAL
24
pp √14 TeVpp √14 TeV
PbPb √5.5 TeVPbPb √5.5 TeV
PbPb √5.5 TeV, qhat 50PbPb √5.5 TeV, qhat 50
pp = PYTHIA
PbPb =PYTHIA (signal) +HIJING (UE)Full reconstruction in ALICE
-jet (signal); jet-jet (0 –hadron background)
Photon physics with ALICE
KIAE
Influence of isolation on different sources
Pythia MSUB(14) =1 : Annihila5on ON
Pythia MSUB(29) =1 : Compton ON
PYTHIA6.420 :
* UE Perugia hard :
more ISR/FSR, less MPI & beam remnants
* UE Perugia sol :
less ISR/FSR, more MPI & beam remnants
• 80%100% of Compton and
annihila5on photons
• 60% of fragmenta5on
photons
• 70%85% of total photons
• 20%1% of π0
25
Photon physics with ALICE
Raphaelle Ichou, Ph.D thesis 2010
KIAE
PHOton Spectrometer: PHOS
phos1
High granularity and resolutionspectrometer:
10,752 (17,920) lead-tungstate crystals(PbWO4), 3(5) modules (5664 crystals permodule)
crystal size:  22  22  180 mm3
depth in radiation length:  20
Distance  to IP: 4.4 m
Acceptance:
pseudo-rapidity  [-0.12,0.12]
azimuthal angle  60º(100o)
For E > 10 GeV,
E/E < 1.5% and  x = [0.5,2.5] mm
Focus on low and moderate pT
High resolution 0 and 
Thermal photons
26/25
CPV (not installed yet)
Crystals
EMC
Photon physics with ALICE
KIAE
27/25
Module:
2x2 towers
24 Strip Modules per Super Module
Coverage =1.4, =40o (107o)
Granularity  = = 0.014
Resolution E/E=11%/√E,
x=[3,50]
Focus on moderate to high pT
0 and 
prompt direct photon
jet
Pb/Sc Shashlik
13K channels
4 SM for 2009-2010 runs
Complete for 2011? runs
12 Modules per strip module
EMCAL
Photon physics with ALICE