RHIC能區(qū)粲夸克產(chǎn)生截面和粲粒子半輕子衰變道的研究.pdf

1、自然界四大基本作用力之一的強(qiáng)相互作用具有禁閉特性：夸克禁閉在強(qiáng)子中，實(shí)驗(yàn)尚未觀測(cè)到自由夸克。量子色動(dòng)力學(xué)(QCD)被認(rèn)為是一種正確的用來描述強(qiáng)相互作用的基本規(guī)范場(chǎng)理論。格點(diǎn)QCD計(jì)算預(yù)言在高能核核碰撞中可能會(huì)產(chǎn)生從強(qiáng)子氣到一種新物質(zhì)：夸克一膠子等離子體(QGP)的相變。在這種新的物質(zhì)形態(tài)下，夸克會(huì)解禁閉從而達(dá)到局部熱平衡狀態(tài)。尋找QGP物質(zhì)并研究其特性是重離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)最終目標(biāo)之一。位于美國(guó)布魯克海汶國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(BNL)的相對(duì)論重離子對(duì)撞

2、機(jī)(RHIC)通過質(zhì)心能量高達(dá)200 GeV的核核碰撞來提供用丁產(chǎn)生和尋找QGP物質(zhì)的高能量密度的環(huán)境。近期在RHIC運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)研究表明200 GeV金金碰撞產(chǎn)牛的核物質(zhì)具有相當(dāng)強(qiáng)的集體運(yùn)動(dòng)效應(yīng)和對(duì)末態(tài)強(qiáng)子的不透明性。土要表現(xiàn)在低橫動(dòng)量區(qū)域的流體動(dòng)力學(xué)行為和高橫動(dòng)量區(qū)域的粒子產(chǎn)額壓低。 粲夸克被認(rèn)為是研究RHIC能區(qū)相對(duì)論重離子碰撞中產(chǎn)生的部分子物質(zhì)的理想探針。由于它的質(zhì)量比較大，約1．3 GeV/c<'2>，理論預(yù)言粲夸克通過

3、膠予輻射損失的能量要比輕夸克少。因此測(cè)量粲夸克強(qiáng)子半輕子衰變的單電子的核修正因子，并與輕強(qiáng)子作比較，對(duì)于構(gòu)造完整的噴柱淬滅的物理圖像以及幫助我們理解RHIC能區(qū)金金碰撞中部分子能損機(jī)制都有著非常重要的意義。 此外，粲夸克和碰撞產(chǎn)生的物質(zhì)之間的相互作用可能會(huì)形成粲夸克的徑向流和橢圓流，從而改變粲夸克橫動(dòng)量譜的分布形狀。由于粲夸克的質(zhì)量較大，在與周圍的高密度物質(zhì)經(jīng)過足夠多的相互作用后，可能會(huì)獲得集體運(yùn)動(dòng)流效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)上測(cè)量粲夸克強(qiáng)子的

4、流效應(yīng)和凍結(jié)溫度等特性，對(duì)檢驗(yàn)早期重離子碰撞中輕味夸克熱化和部分子密度具有相當(dāng)重要的意義。 粲夸克被認(rèn)為通過碰撞初始的膠子聚合產(chǎn)生，其產(chǎn)生截面可以用微擾QCD理論計(jì)算。因此研究不同碰撞系統(tǒng)下粲夸克產(chǎn)生截面及其對(duì)于兩兩碰撞數(shù)的標(biāo)度不變特性對(duì)于檢驗(yàn)理論和檢驗(yàn)粲夸克是否是高能重離子碰撞中產(chǎn)生的部分子物質(zhì)的理想探針都非常重要。粲夸克產(chǎn)生截面的測(cè)量是電子測(cè)量中分離底夸克的貢獻(xiàn)，以及對(duì)試圖解釋RHIC和SPS觀測(cè)到的J/Ψ壓低現(xiàn)象的理淪模型

5、的不町或缺的重要依據(jù)。 這篇論文里，我們將介紹低橫動(dòng)量區(qū)間(pT≤2 GeV/c)D<'0>→Kπ強(qiáng)子衰變道和粲夸克半輕子衰變的單電子譜(0．9≤pT≤5 GeV/c)。另外，我們還提出一種新的方法來鑒別低橫動(dòng)量區(qū)間粲夸克半輕子衰變的μ子。聯(lián)合以上三種獨(dú)立的測(cè)量，可以較為精確的給出RHIC能區(qū)金金碰撞中中心快度區(qū)的粲夸克產(chǎn)生截面，并且可以很好的描述粲夸克強(qiáng)子的橫動(dòng)量譜形狀，以及研究可能的粲夸克徑向流。 在最小偏置金金碰撞

6、中，通過D<'0>→Kπ強(qiáng)予衰變道(分支比為3．83％)來重建D<'0>介子的質(zhì)量峰。在K，π不變質(zhì)量峰減除了混和事例背景之后，用線性或二次函數(shù)加上一個(gè)高斯函數(shù)來擬合D<'0>介子的質(zhì)量峰，從而得到Do介子的產(chǎn)額。 在最小偏置金金碰撞中和中心金金碰撞中，通過聯(lián)合STAR探測(cè)器上時(shí)間投影室(TPC)測(cè)得的電離能損(dE/dx)和飛行時(shí)間譜儀(TOF)測(cè)得的粒子質(zhì)量譜來鑒別低橫動(dòng)量區(qū)間(0．17≤pT≤0．25 GeV/c)的μ子。

7、在μ子質(zhì)量譜中，減除了μ的污染。主要的背景是來自K，π弱衰變的μ子，通過背景μ子和粲夸克衰變的單μ子相對(duì)于初始對(duì)撞頂點(diǎn)的最接近距離(DCA)分布的不同米去除背景。 通過聯(lián)合TPC測(cè)得的電離能損和TOF測(cè)得的粒了速度(β)，電子可以被鑒別到pT=5 GeV/c。電磁過程產(chǎn)生的電子本底通過重建標(biāo)記電子(正電子)和所有伴隨正電子(電子)的不變質(zhì)量來在統(tǒng)計(jì)上減除。為了減少隨機(jī)組合造成的背景，我們采用了二維重建不變質(zhì)量的方法。伴隨徑跡的重

8、建效率從STAR探測(cè)器模擬和蒙特卡羅樣本分析中得到。這種方法可以減除約95％的電磁過程本底(光子轉(zhuǎn)換和中性π介子達(dá)利茲衰變)。于是可以得到中心金金碰撞，最小偏置金金碰撞及其他中心度下的非電磁產(chǎn)生的電子橫動(dòng)量譜。另外，在本論文里我們也將討論獲取非電磁產(chǎn)生的電子的橢圓流(u<,2>)的方法。 聯(lián)合以上二個(gè)獨(dú)立的測(cè)量：RHIC能區(qū)金金碰撞中的D<'0>→Kπ強(qiáng)子衰變道，粲夸克衰變的單μ子和單電子譜，我們觀測(cè)到中心金金碰撞中的非電磁產(chǎn)生

9、的電子橫動(dòng)量譜相對(duì)于氘金碰撞在橫動(dòng)量為0．9≤PT≤5 GeV/c區(qū)間有很強(qiáng)的壓低。在電子橫動(dòng)量約大于2 GeV/c區(qū)間，其相應(yīng)的粲夸克強(qiáng)子橫動(dòng)量約大于4 GeV/c，電子譜的壓低程度與輕夸克重子和介子相似?；赽last wave模型，擬合橫動(dòng)量在2 Gev/c以下的電子譜給出的結(jié)果說明粲夸克強(qiáng)子與介質(zhì)的相互作用和耦合可能不同于多奇異夸克強(qiáng)子和輕夸克強(qiáng)子。將來探測(cè)器升級(jí)后對(duì)粲夸克強(qiáng)子的直接重建將會(huì)給出更準(zhǔn)確的答案。聯(lián)合這三種獨(dú)立的測(cè)量

10、，可以可靠的給出粲夸克中心快度區(qū)的產(chǎn)生截面。這種方法覆蓋了約90％的粲夸克運(yùn)動(dòng)學(xué)區(qū)問。200 GeV中心金金碰撞中平均每核子對(duì)碰撞的粲夸克總產(chǎn)生截面的測(cè)量結(jié)果為：1．40 4±0．11(stat．)±0．39(sys．)mb。200 GeV最小偏置金金碰撞中平均每核子對(duì)碰撞的粲夸克總產(chǎn)生截面的測(cè)量結(jié)果為：1．29±0．12±0．36 mb。測(cè)量結(jié)果表明粲夸克產(chǎn)生截面相對(duì)于兩兩碰攛數(shù)具有標(biāo)度不變性。這說明硬過程對(duì)于初始核子中的兩兩相互作用

11、具有標(biāo)度性。而且證明粲夸克可以用來作為研究碰撞早期動(dòng)力學(xué)機(jī)制的探針。在以上的測(cè)量中，我們忽略了非電磁產(chǎn)生的電子譜里來自底夸克衰變的貢獻(xiàn)。目前在實(shí)驗(yàn)得到的非電磁產(chǎn)生的電子譜中分離底夸克和粲夸克的貢獻(xiàn)是相當(dāng)困難的。理論模型預(yù)言的高能核碰撞中粲夸克和底夸克的產(chǎn)生的不確定性也很大。所以要更好的理解粲夸克物理，分離非電磁產(chǎn)生的電子譜中底夸克的貢獻(xiàn)就相當(dāng)?shù)闹匾?。在本論文的討論部分，我們將介紹通過擬合非電磁產(chǎn)生的電子譜來估計(jì)底夸克的貢獻(xiàn)。并且我們把模