ALICE 7TeV質(zhì)子—質(zhì)子碰撞中光子—強(qiáng)子關(guān)聯(lián)的研究.pdf

1、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是科學(xué)家們關(guān)心的一個(gè)重要問題。目前為止，標(biāo)準(zhǔn)模型是一種普遍被人們接受的描述物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和它們之間相互作用的理論，該理論認(rèn)為組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單元是6味夸克、6種輕子和它們的反粒子以及4種傳遞相互作用力的媒介子包括光子(γ)、膠子（g）和玻色子（W±/Z0）。標(biāo)準(zhǔn)模型中基本粒子間的相互作用可以劃分為電磁相互作用，強(qiáng)相互作用和弱相互作用，而所有的宏觀物質(zhì)則是由夸克和輕子通過規(guī)范粒子的相互作用而組成。量子色動(dòng)力學(xué)(Quantu

2、mChromodynamics，QCD)是標(biāo)準(zhǔn)模型中用于描述強(qiáng)相互作用的理論，QCD預(yù)言在極端高溫或高重子數(shù)密度條件下，QCD物質(zhì)可以從普通的強(qiáng)子相轉(zhuǎn)變到一種新的解禁閉相-夸克膠子等離子體(QGP)相。自然界存在兩種天然的QGP狀態(tài):宇宙大爆炸初期（極高溫）和正在塌陷中的中子星內(nèi)部（高重子數(shù)密度）。
　　在實(shí)驗(yàn)室條件下，科學(xué)家們希望通過高能重離子碰撞來研究夸克膠子等離子體，因此相繼建造了一系列加速器，包括歐洲核子研究中心(CERN

3、)的超級(jí)質(zhì)子同步加速器(SPS)，美國(guó)布魯海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(BNL)的交變梯度同步加速器(AGS)和相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)，在研究QGP方面取得了很好的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了一系列與QGP形成有關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如集體流，噴注淬火，奇異粒子產(chǎn)額增強(qiáng)以及熱光子等。尤其是在重離子碰撞中，噴注淬火效應(yīng)會(huì)造成高橫動(dòng)量強(qiáng)子產(chǎn)額的壓低和背對(duì)背噴注之間關(guān)聯(lián)的消失，這是實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)和研究QGP的重要信號(hào)。于2009年正式啟動(dòng)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)可以將粒子加

4、速到前所未有的TcV能區(qū)，位于LHC上的大型重離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)(ALICE)則專門致力于研究高能核-核碰撞中產(chǎn)生的高溫高密核物質(zhì)的性質(zhì)，它可以將兩束鉛核加速到每個(gè)核子2.76TcV的超高能量然后發(fā)生對(duì)撞，從而在更高的溫度下形成更加可觀的熱密QGP物質(zhì)。ALICE探測(cè)器有望更加系統(tǒng)地測(cè)量核-核碰撞中產(chǎn)生的末態(tài)粒子，由此反映碰撞初期形成的熱密介質(zhì)的性質(zhì)。
　　本文工作基于ALICE實(shí)驗(yàn)質(zhì)心系能量為√sNN=7 TeV下的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞數(shù)據(jù)

5、，目的是通過測(cè)量直接光子-帶電強(qiáng)子的關(guān)聯(lián)譜來研究噴注的碎裂函數(shù)(即強(qiáng)子攜帶噴注動(dòng)量份額z=phadronT/pjetT的分布）。該測(cè)量為核-核碰撞中有介質(zhì)效應(yīng)的部分子碎裂函數(shù)提供參照，對(duì)研究核-核碰撞中產(chǎn)生的熱密介質(zhì)的性質(zhì)有重要意義。噴注的碎裂函數(shù)可以很好地由直接光子-強(qiáng)子關(guān)聯(lián)的非平衡參數(shù)xE的分布來近似。由于單舉光子由直接光子和衰變光子組成，關(guān)聯(lián)譜可以用統(tǒng)計(jì)抽除方法來抽取:從單舉光子關(guān)聯(lián)產(chǎn)額中扣除衰變光子的貢獻(xiàn)來抽取直接光子信號(hào)。因目

6、前√sNN=7 TeV的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量有限，很難通過統(tǒng)計(jì)抽除方法得到有物理意義的碎裂函數(shù)結(jié)果。但本文的分析工作建立了統(tǒng)計(jì)抽除方法在ALICE實(shí)驗(yàn)上的應(yīng)用，當(dāng)日后ALICE運(yùn)行達(dá)到足夠的統(tǒng)計(jì)量時(shí)，可以很快地采用該方法來測(cè)量直接光子-強(qiáng)子關(guān)聯(lián)譜來研究部分子的碎裂函數(shù)和熱密介質(zhì)效應(yīng)。
　　本文的第一章主要介紹高能重離子碰撞的基本理論知識(shí)，包括標(biāo)準(zhǔn)模型和QCD的基礎(chǔ)知識(shí)，以及重離子碰撞的時(shí)空演化過程和實(shí)驗(yàn)上探測(cè)到的與QGP有關(guān)的