基于重求和改进的pQCD理论框架研究喷注输运参数

摘要

在美国布鲁海汶国家实验室(BNL)的相对论重离子对撞机(RHIC)和欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)上开展的高能相对论重离子碰撞实验中，关于夸克胶子等离子体(QGP)的研究能够帮助人们理解由量子色动力学(QCD)描述的强相互作用，和了解早期宇宙约大爆炸后10-12到10-6秒的夸克物质纪元。其中关于喷注淬火(Jet Quenching)现象的研究是探索夸克胶子等离子体的形成和性质的重要手段。此现象来源于QGP介质对碰撞产生的硬部分子喷注能量的修正，以介质诱发的胶子辐射形式体现，从而导致喷注的横动量展宽(transverse momentum broadening)和双喷注横动量不平衡(dijet momentumimbalance)等现象。在这项工作中，我们以双喷注，双强子和强子-喷注的方位角分布与动量不平衡分布来详细地研究了这两种现象，从而提取夸克胶子等离子体中的喷注输运参数（transport coefficient）(q)。
　　首先，我们研究了反映横动量展宽的双喷注、双强子和强子-喷注的方位角退关联。注意到在双喷注(dijet)方位角关联中，传统的微扰QCD理论计算无法很好地描述在背靠背附近的方位角分布。原因来自于微扰QCD计算中背靠背配置所对应的Sudakov大对数以[αs ln2p2⊥/q2⊥]k形式在所有强耦合跑动常数αs展开项里出现，导致双喷注方位角分布在背对背的附近区域出现发散。要抵消这些发散，我们利用了基于Sudakov重求和理论框架，首先考虑到真空中软胶子辐射的贡献，研究了质子-质子碰撞中双强子和强子-喷注的方位角关联，计算结果较好的符合了实验数据。核-核碰撞的方位角关联与质子-质子碰撞相比，多出了由夸克胶子等离子体介质的多重散射而诱发的喷注辐射胶子所引起的方位角关联贡献。我们引入最近文献介绍的介质诱发的横动量展宽机制，把计算的核-核碰撞的方位角退关联的结果与实验数据比较，并且发现在LHC能级情形中，真空中的软胶子辐射的贡献占主要贡献，因此核-核碰撞和质子-质子碰撞的方位角关联几乎一致，实验上很难区分。而在RHIC能级的情形中，QGP介质中多重散射诱发胶子辐射的贡献与真空中的软胶子辐射的贡献相当，实验上能够区分。最后我们利用理想流体模拟了介质的时空演化，通过计算质子-质子碰撞和核-核碰撞双强子以及强子-喷注的方位角退关联，提取了夸克喷注在RHIC最高能区的横动量展宽为=13+5-4GeV2和喷注输运参数为(q)0=3.9+1.5-1.2 GeV2/fm。
　　然后，我们研究了反映喷注能量损失的双喷注横动量不平衡的分布。并指出在任何2→n不同阶微扰计算过程中双喷注不平衡比值xJ因横动量守恒律而导致的下限为xJ≥1/n-1，我们同时利用微扰QCD和Sudakov重求和理论框架来分别描述了不同的相空间，给出了双喷注的xJ在质子-质子碰撞中的分布，结果较好的符合了修正的实验数据。在核-核碰撞情形中我们利用了BDMPS能量损失机制，计算结果与2.76A TeV铅-铅碰撞实验数据比较，提取了其中的喷注输运参数为(q)0=4±2 GeV2/fm。
　　我们关于双强子及强子喷注退关联的研究是一种全新的定量研究喷注和介质之间相互作用的方法。此工作更直接的探索强耦合夸克胶子等离子体的属性，有助于对横动量展宽和双喷注不对称有更深入的认识，并能增加关于喷注输运参数的了解。

目录

声明

摘要

Abstract

缩写

第一章 Introduction

1．1 the Quark-Gluon Plasma

1．2 QCD and the parton model

1．3 Jets Quenching and Transport coefficient

1．4 Transverse momentum broadening and dijet asymmetry

第二章 Transverse Momentum Broadening

2．1 Motivation

2．2 pQCD and Resummation

2．3 Implementation

2．4 Results and Discussions

第三章 Dijet Asymmetry

3．1 Motivation

3．2 Implementation

3．3 Results and Discussions

第四章 Summary

参考文献

在校期间发表的论文，科研成果等

致谢