STAR重离子碰撞实验J/ψ椭圆流和AMPT模型空间各向异性流的研究

摘要

格点量子色动力学预言在极高温度和能量密度的条件下，物质会发生从强子态到夸克胶子等离子体(QGP)的相变，夸克和胶子解除禁闭。和轻夸克不同的是，重味夸克主要是通过碰撞初期的硬散射过程产生的，且在系统的演化过程中和与介质的相互作用过程中保持不变。由于重味夸克质量大，较轻夸克而言，不易与介质发生相互作用，对碰撞早期的部分子态的信息比较敏感。同时重味夸克和介质之间的相互作用对系统演化的动力学比较敏感，因此重味夸克被认为是研究强相互作用的QCD物质的良好探针。
　　由于色荷德拜屏蔽效应导致相对论重离子碰撞中粲偶素J/ψ的产额压低，因而J/ψ产额压低被认为是形成QGP的重要信号，但实验上测得J/ψ产额压低，也可能是受到其它热核物质效应和冷核物质效应的影响。特别是由介质中热化的夸克对重组合产生的J/ψ，至今在理论和实验上仍难以区分。测量J/ψ的椭圆流（v2）可以区别原初pQCD过程产生和重组合产生的J/ψ。此外，粲夸克由于质量远大于轻夸克而不易热化，测量粲偶素J/ψ的椭圆流可以研究粲夸克是否参与集体运动，以及相对论重离子碰撞产生物质的热化程度。
　　在本篇论文中，通过测量重离子碰撞中产生的粒子相对于反应平面方位角的空间各向异性流来研究系统演化。在非对心碰撞中，参加碰撞的区域成一个椭球状，因而在空间坐标中是各向异性的。这种初始的空间坐标中的各向异性会通过相互作用而转化为末态动量空间的各向异性。本文所讨论的椭球流v2，是末态动量空间粒子方位角分布傅里叶展开式的第二项。本文中，我们从实验上研究了J/ψ的椭圆流随中心度和横动量的分布，并使用AMPT模型研究了各向异性流的物理特性。
　　首先，利用2011年STAR实验组能量为200GeV的金金对心碰撞研究了J/ψ的椭圆流。利用双电子通道重建了J/ψ，在同时考虑统计量和纯度的情况下利用TPC、TOF、BEMC筛选出需要的电子，并用事件平面法计算得到了J/ψ的椭圆流在不同中心度和不同横动量下的值。在误差范围内，横动量2GeV/c从10GeV/c的范围之间测量得到的J/ψ椭圆流在测量误差范围内为零。测量和模型计算结果的比较告诉我们，拥有相对较大横动量的J/ψ主要不来源于热化的粲夸克的重组合，这和2010年的实验结果保持一致。由于碰撞中含J/ψ的事件较少，2010年测量的结果有较大的统计误差。本文加上了2011年的金金碰撞完整数据后，统计量大约增加了一倍，使J/ψ的椭圆流结果更为精确，得到了更确信的物理结论。
　　利用AMPT重离子碰撞模型我们研究了能量为200GeV的金金碰撞初始空间各向异性εn和末态各向异性流系数vn的大小、涨落和关联性。研究结果显示，相对离心率涨落是影响观测椭圆流涨落的主要因素，印证了STAR合作组实验观测到的椭圆流涨落结果。另外，对二粒子、多粒子关联和各向异性的逐事件分布研究结果表明，椭圆率(elliptic power)能较可靠来描述逐事件分布εn或者vn的潜在概率密度分布。随后对不同阶初始坐标空间和末态动量空间的平面关联性也进行了研究，得出了非零的结果，该结果证实初始坐标空间和末态动量空间的各向异性存在关联。
　　最后还利用AMPT模型研究了能量5.02TeV下铅铅对心碰撞的椭圆流、三角流和四方流，得到结果与ALICE实验组公开发表的结果一致。

目录

声明

摘要

第1章 背景知识

1．1 夸克胶子等离子体

1．2 QCD相图

1．3 相对论重离子碰撞

1．4 时间演化

1．5 空间各向异性流

1．5．1 碰撞几何

1．5．2 椭圆流

1．5．3 傅里叶展开

1．6 粲偶素和J/Ψ

1．6．1 发现及意义

1．6．2 J/Ψ产额压低和J/Ψ椭圆流的研究意义

1．7 本文研究的主要内容

第2章 STAR探测器和AMPT模型

2．1 时间投影室

2．2 飞行时间探测器

2．3 桶状电磁量能器

2．4 AMPT模型

3．1 实验数据

3．1．1 STAR径迹螺旋模型

3．2 J/Ψ粒子的重建

3．2．1 电子鉴别

3．2．2 电子筛选条件

3．3 J/Ψ粒子的信号

3．4 空间各项异性流的分析方法

3．4．1 事件平面法

3．4．2 事件平面的修正和拉平

3．4．3 事件平面分辨率

3．4．4 事件平面法计算J/Ψ椭圆流

3．4．5 不变质量法计算J/Ψ椭圆流

3．5 系统误差

3．6 AMPT Pb+Pb椭圆流

3．6．1 实验数据

3．6．2 参数定义

3．6．3 Q-cumulant方法

第4章 结果和讨论

4．1 AMPT模型研究各向异性流的结果

4．2 J/Ψ的椭圆流实验测量结果

4．3 AMPT 5．02 TeV的结果

5．1 工作总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读博士期间发表的论文

附录