ALICE实验中13TeV下质子-质子碰撞中的带电粒子喷注谱的测量

摘要

量子色动力学(QCD)是标准模型中用来描述强相互作用的理论，格点量子色动力学(LQCD)预言，极端高温高密条件下，会诱导强子物质相到退色禁闭的夸克-胶子等离子体(QGP)的强相互作用相变。对QGP物质特性的研究是当前高能物理领域最前沿的重要课题之一。欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机(LHC)、美国布鲁海文国家实验室(BNL)的相对论重离子对撞机（RHIC）等大型粒子加速器的重要物理目标之一:便是通过高能重离子碰撞来制造夸克胶子等离子体产生的条件。由于QGP物质产生以后会迅速膨胀冷却，在实验末态无法观测到单体夸克。高横动量粒子喷注，携带了部分子与QGP相互作用的信息，最终物化为末态可观测粒子，因此是表征QGP内部特性的优良探针。
　　在RHIC能区的Au-Au碰撞中首次观测到的高横动量末态强子产额的压低、双强子(Di-hadron)方位角关联的改变等现象均表明QGP物质的存在。于2009年投入运行的LHC，能够使铅核加速到TeV的能量量级，高出RHIC能区碰撞能量的15-30倍，极大提高了高横动量喷注的产额，为更加精细和深入研究QGP内部强相互作用特性提供了前所未有的优良条件。大型离子对撞机ALICE是LHC上专门致力于研究高能重离子碰撞物理的大型实验国际合作组，在目前LHC的第二期运行(Run-Ⅱ)阶段中5.02 TeV的Pb-Pb和13 TeV的pp碰撞是目前人类达到的最高碰撞能量。其研究目标之一是为了在更大的虚度标度范围内对QGP物质内部的输运特性进行表征。
　　ALICE实验组通过研究RUN-Ⅱ中13 TeV质子-质子碰撞中的带电粒子多重数，表明RUN-Ⅱ小系统碰撞的末态所产生的能量密度远大于RUN-Ⅰ。RUN-Ⅰ的实验数据分析显示，在高多重数下的pp和p-Pb碰撞事件中可能有QGP物质产生的迹象。因此对13TeV的pp碰撞中对喷注产额的研究不仅能在新的能量标度下对pQCD理论做出再次检验、进一步认识核子-核子碰撞过程中的硬散射过程，并为揭示在超高能小系统碰撞末态强相互作用物质的特性提供了及其优良的手段。
　　硕士期间，我的工作主要是基于LHC-ALICE在13TeV下的质子-质子碰撞所得到的数据，重建喷注谱，并对其进行修正。首先对RUN-Ⅱ的LHC15f数据进行了全面的分析，发现带电粒子在接收度（η-ψ方向）上的分布并不是均匀的，不能满足本论文的分析需要，于是改用LHC161的数据，采用如下分析步骤:带电粒子质量分析-＞重建喷注-＞修正探测器效应，最终得到在13TeV碰撞能量下的不同重建锥角大小的带电喷注的产额，并和模拟产生器计算出的喷注产额进行比较。再通过进一步地比较不同重建锥角大小的喷注产额，反映出喷注对于横动量依赖的准直性质。
　　本论文采用LHC161的数据，通过对带电粒子进行的前期质量分析，筛选出一些对于做物理分析比较好的runs，通过重建喷注，得到不同大小的(R=0.2、R=0.4)喷注原始谱。然后采用ALICE提供的13TeV的蒙特卡洛模拟数据，对原始谱的探测器效应进行校正，校正的方法以奇异值分解方法(SVD)为主，贝叶斯方法做交叉检验，得到校正之后的喷注谱之后，最后得到喷注的产额比，再次验证了高横动量喷注的重建不依赖所选择的喷注锥角R的大小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2 量子色动力学(Quantum Chromo-Dynamics)

1．3 QCD相图

1．4 相对论重离子碰撞硬探针

1．4．1 夸克胶子等离子体信号

1．4．2 喷注的能量损失形式

第二章 实验探测器及数据分析框架

2．1 大型强子对撞机(Large Hadron Collider)

2．2 LHC-ALICE(A Large Ion Coilider Experiment)探测器

2．2．1 ALICE-ITS(Inner Tracking System)

2．2．2 ALICE-TPC(Time Projection Chamber)

2．2．3 ALICE-V0(V0A／V0C)

2．3 ALICE离线分析框架

第三章 喷注重建算法

3．1 喷注重建

3．1．1 喷注的重建算法

第四章 质子质子在13TeV碰撞能量下的喷注产额的测量

4．1 碰撞事件选择

4．2 质子质子碰撞的蒙特卡洛的模拟

4．3 带电粒子径迹的选择(Charged Track Selection)

4．4 喷注产额的分析策略

4．5 Unfolding算法校正原始谱

4．6 校正后的喷注谱以及产额比

第五章 总结与展望

致谢

参考文献