LHC-ALICE實驗上質(zhì)子-質(zhì)子碰撞中噴注碎裂函數(shù)及碎裂函數(shù)矩的測量.pdf

1、格點量子色動力學(xué)(1QCD)的預(yù)言，在高溫和低化學(xué)勢的極端情況下，夸克及膠子會退“禁閉”，物質(zhì)會由普通狀態(tài)過渡為夸克膠子等離子體(QGP)。實驗上，我們通過極端相對論重離子碰撞來產(chǎn)生并研究這一熱密物質(zhì)形態(tài)。
　　實驗中產(chǎn)生的QGP壽命極短暫，對它的觀測只能基于各類末態(tài)“探針”。作為硬探針的一種，噴注(jet)產(chǎn)生于碰撞早期的高能部分子來自硬散射過程，它會在介質(zhì)中損失能量后碎裂成為一簇強子。其結(jié)構(gòu)和碎裂形態(tài)，被廣泛在質(zhì)子-質(zhì)子及重離

2、子碰撞實驗中進(jìn)行研究測量。前者對應(yīng)于真空環(huán)境，有助于理解噴注碎裂過程，并進(jìn)而檢驗微擾量子色動力學(xué)(pQCD)，并為其它碰撞系統(tǒng)提供參考，如對比質(zhì)子-核子碰撞，以揭示冷核效應(yīng)。而后者環(huán)境中會包括產(chǎn)生的高密介質(zhì)，QGP。在與之前的碰撞進(jìn)行對比中，可以得到在QGP存在情況下的的噴注的碎裂（結(jié)構(gòu)）的變化，通過測量這一改變而揭示QGP的性質(zhì)。在眾多噴注的觀測量中，碎裂函數(shù)描述了噴注內(nèi)部強子的分布，進(jìn)而給出了碎裂情況。然而，對它在重離子碰撞下的測量

3、受到了噴注背景及其漲落的巨大影響。為了克服這一難題，Cacciariet.al.在[1]中提出了一個新的物理量:碎裂函數(shù)矩。
　　在大型強子對撞機(LHC)上的大型離子對撞實驗(ALICE)，其對帶電粒子具有獨特的分辨能力，精度下限達(dá)到150MeV/c。這一能力使對噴注結(jié)構(gòu)改變及碎裂函數(shù)的測量成為可能。ALICE上的電磁量能器也可以用于早期硬探針的測量，包括噴注、高能光子等。在2015-2018的LHC的第二階段運行(Run2)中

4、，ALICE添加了別一個與EMCal相對的量能器（雙噴注量能器DCal）。它們將聯(lián)合促進(jìn)雙噴注、強子-噴注及光子-噴注事件的關(guān)聯(lián)研究。
　　本研究工作主要應(yīng)用LHC/ALICE的中心桶部徑跡探測系統(tǒng)(central berral tracking system)，利用探測到的帶電粒子徑跡，重建出帶電粒子噴注（以下簡稱噴注）。對2.76TeV質(zhì)心系能量的質(zhì)子-質(zhì)子對撞數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對噴注的碎裂函數(shù)矩(fragmentation fu

5、nction moments)進(jìn)行首次測量。為了加深對新物理量的理解，我們同時測量了噴注的碎裂函數(shù)(fragmentation function)。這一測量包括了噴注中的帶電強子譜(pr），帶電強子能量分?jǐn)?shù)的分布（z，ξ），方位夾角的分布（Δθ）和噴注內(nèi)能量的橫向延伸/擴展的分布（jT）幾個方面。對于不同的噴注分辨率（R，它圈定了噴注的空間張角大?。鲜龈鱾€結(jié)果都顯示出與理論模型(PYTHIA)很好的契合度。作為博士工作—部分，DCa

6、l在官方分析軟件ALIROOT中代碼實現(xiàn)，也將在本文中給予討論。
　　本論文的章節(jié)安排如下:本文第一章將對工作的物理背景作一介簡單的介紹，包括重粒子碰撞及演化和QCD相圖等。第二章會著重介紹與噴注相關(guān)的物理，包括噴注研究的近況，遇到的問題，解決方案。第三章將會對ALICE實驗中所用到的探測器作一個簡要介紹。第四章會著重介紹ALICE的取樣電磁量能器和本人在DCal代碼實現(xiàn)上在工作。后者主要包括了二個部分:一、規(guī)范了EMCal代碼，

7、更新了幾何結(jié)構(gòu)、各聯(lián)接之間的映射:電子學(xué)通道，clusterization及觸發(fā)trigger的部分。二、構(gòu)建了三個版本的DCal幾何結(jié)構(gòu)，分別對應(yīng)于:之前投標(biāo)時的版本，正在ALICE上使用的版本和一個將來可能的更新版本。最后，對這一工作結(jié)果進(jìn)行了模擬及真實數(shù)據(jù)上的驗證研究和各項兼容性測試。第五章對ALICE實驗下的分析框架作了簡短介紹，同時介紹了本次測量所應(yīng)用的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的MC，并作了數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，介紹了噴注分析所需要的常見技術(shù)。最后

8、，對于中心探測區(qū)域的徑跡(track)作了一系列研究以深入理解。第六章給出了2.76TeV質(zhì)子-質(zhì)子碰撞在ALICE實驗下的碎裂函數(shù)測量，測量結(jié)果與理論QCD模型預(yù)期一致，并對測量中運用的背景扣除、Bin-by-Bin修正及次級粒子修正等各項技術(shù)進(jìn)行了討論。第七章給出了同樣實驗條件下，新變量碎裂函數(shù)矩的測量結(jié)果，并進(jìn)行多種方案的討論。其結(jié)果與碎裂函數(shù)相吻合。對于這一新變量的初次測量的經(jīng)驗將會有助于推進(jìn)其到相應(yīng)的重離子碰撞中。限于工作量和