Study of quark contributions tonon-photonic electron yieldsby azimuthal angular correlations betweennon-photonic electrons and hadronsStudy of quark contributions tonon-photonic electron yieldsby azimuthal angular correlations betweennon-photonic electrons and hadrons
Shingo Sakai for STAR collaboration
Univ. of California, Los Angeles
1
OutlineOutline
b/c separation in non-photonic electron
  at 200 GeV pp by electron-hadron  (e-h &e-D0) azimuthal correlation @ STAR
Discuss heavy flavor energy loss in the
   dense matter
2
Parton energy lossParton energy loss
 Gluon radiation model well
   represents RAA for neutral pion
 The model predicts that
   heavier quarks lose smaller
   energy due to “dead cone” effect
 The model predicts significant
   difference between bottom quark
   energy loss and light & charm
   quark energy loss.
3
Phys. Lett. B 632, 81 (2006)
Heavy flavor energy lossHeavy flavor energy loss
Figure_04.png
Phys. Rev. Lett. 98 (2007) 192301
 Heavy flavor production has been
    studied by measuring electrons
    decay from charm and bottom
    (non-photonic electron)
    at RHIC
 RAA for non-photonic electron
    is strong & consistent with hadrons
 Indicate a large energy loss
   for heavy quarks in the dense
   matter.
 Uncertainty from bottom quark contribution
   not only theory but also experiment
4
pQCD prediction for BottompQCD prediction for Bottom
Pages-from-ramona-electrons
 Since charm and bottom
   are heavy, their production
   have been predicted by pQCD
 FONLL predicts bottom quark
    contribution significant (c/b = 1)
    around 5 GeV/c in non-photonic
    electron yield with
    large uncertainty.
  It’s important to experimentally
    determine bottom quark
    contribution to understand
    heavy flavor energy loss.
*Uncertainty comes from mass,
  PDF, etc in the calculation
*FONLL
 =A Fixed-Order plus Next-
  to-Leading-log
5
charm/bottom separation(1)charm/bottom separation(1)
 Monte Carlo simulation (PYTHIA) for eD-h and eB-h
 Near side width for B decay is wider than
    that of D decay due to decay kinematics
  measuring e-h correlation in pp & fit by MC
    with B/(B+D) as parameter
 
eD - h
eB - h
6
Charm/bottom separation (2)Charm/bottom separation (2)
 e-D0 correlation
 Request like-sign e-K pair
o near-side ; bottom dominant
o away-side ; charm dominant
7
STAR ExperimentSTAR Experiment
star_detector
 Large acceptance
   Full azimuthal coverage
    => good for azimuthal correlation study
 TPC
    measure momentum
    measure dE/dx
 EMC + SMD
    measure energy
    measure shower shape
    => electron identification
 TOF
     measure Time of flight
     => particles (π, K, p) identification
8
Particle IdentificationParticle Identification
dedxwithAllcombined
/K separation to 1.6 GeV/c
0.7 for TPC Alone
(+K)/p to p = 3 GeV/c
1.2 for TPC Alone
electron
Electron purity
98% for pT < 6 GeV/c
80% for 9 GeV/c @ pp
9
TOF
Photonic electron identificationPhotonic electron identification
Invmass_0104
 Photonic electron is main background
  Photonic electrons are experimentally reconstructed
    by calculating invariant mass at DCA for two electrons
 request mass < 0.1
 # of reconstructed photonic e
 reconstruction efficiency (εreco)
   is ~ 70%
 
 
 
10
                  a
m (GeV/c2)
each distributions are experimentally determined. 
combinatorial
11
Slide1.gif
electron sample after removing opposite sign electron
    (inv. mass<0.1) forms “semi” inclusive electron.
 Non-photonic electron can be calculated as;
Method of Method of eHF - hadron correlation
eHF and hadron correlationeHF and hadron correlation
GPC_Fig1_2.gif
 Azimuthal correlation between eHF and hadron
 Experimental result is fit by simulation results
eD – h (MC)
eB – h (MC)
fitting
pp@200 GeV
parameter for the fitting
12
eHF and D0 correlationeHF and D0 correlation
analysis_cuts_fit
 making Kπ invariant mass for Δφ bins w.r.t trigger electron
     (S/B ~ 14% and significance ~ 3.7)
 request same sign Kaon as triggered electron
Near side ; B dominant
Away side ; D dominant
 compared with MC simulations to get B/D ratio
13
pp@200 GeV
decay contributiondecay contribution
 
 B decay contribution to non-photonic electron
 B decay contribution increase with pT
 B/D = 1.0 above 5 GeV/c
 good agreement with pQCD (FONLL) prediction
Fig_BD.gif
14
Large Bottom energy loss ?Large Bottom energy loss ?
 Bottom quark contribution
    is ~50% above 5 GeV/c @ pp
   => there would be bottom
        contribution in AuAu, too
 RAA for non-photonic electron
   consistent with hadrons
 Indicate large energy loss
      not only charm quark
      but also bottom quark.
15
Pic_SQM_Rb.gif
C:B ~ 1:1 @ pp
RAAc RAAb correlation (1)RAAc RAAb correlation (1)
 RAAC and RAAB  are connected B decay contribution @ pp
 With the measurements of r @ pp and RAA,
   we can derive a relationship between RAAand RAAb.
16
RAAc RAAb correlation (2)RAAc RAAb correlation (2)
o RAAc & RAAb correlation
  together with models
o Dominant uncertainty is
   normalization in RAA analysis
o RAA< 1 ; B meson suppressed
o prefer Dissociate and
             resonance model
             (large b energy loss)
17
Pic_SQM_Raa.gif
I; Phys. Lett. B 632, 81 (2006) ; dNg/dy = 1000
II; Phys. Lett. B 694, 139 (2007)
III; Phys.Rev.Lett.100(2008)192301
STAR preliminary
pT>5 GeV/c
SummarySummary
 Azimuthal correlation between non-photonic electron and
     hadron (e-h & e-D0) has been measured at 200 GeV pp
     collisions @ RHIC-STAR
 The azimuthal angular correlation differs for non-photonicelectrons from D and B semi-leptonic decays
 We compare our measured azimuthal correlation with thosefrom D and B semi-leptonic decays from PYTHIA p+psimulations to derive the relative ratio of B/(B+D)
 Our result indicates comparable B and D contributions tonon-photonic electrons for pT 2.5-9 GeV/c and it isconsistent with FONLL calculation.
 Our measured B/D ratio would imply considerable b quarkenergy loss in medium based on RAA measurement fromcentral Au+Au collisions
18