相对论重离子碰撞中整体喷注观测量的研究

摘要

描述强相互作用的量子色动力学理论认为，自然条件下组成物质的基本粒子夸克和胶子被禁闭在强子中，但是在极端高温高密条件下会解禁闭形成一种新的物质形态-夸克胶子等离子体(QGP)。在实验室中创造这种极端条件的手段是相对论重离子碰撞。找到夸克解禁闭的相变临界点并研究这一新物质形态的性质，一直是重离子物理理论和实验工作的热点。碰撞过程中QGP存在的时间极短，在当前实验条件下无法直接观测。经过几十年理论和实验的积累，人们发展了一系列间接研究QGP的探针，其中一个就是“喷注淬火”效应，即碰撞初期产生的快速部分子在穿越核介质时损失能量的现象，它不仅可以体现在重离子碰撞中领头强子产额的压低，还可修正整体喷注观测量。相较于领头强子，整体喷注由于携带更多物理信息是更具优势的观测量。本文中，系统的研究了喷注淬火效应对多个整体喷注观测量的核修正。
　　在重离子碰撞中，初态冷核效应和末态喷注淬火效应都会对观测量造成影响。为了不受干扰的研究喷注淬火效应，单独计算了多个碰撞对心度区间冷核物质效应对领头强子和单举整体喷注产额的修正，结果发现从对心到边缘碰撞，冷核物质效应逐渐减弱，对之后研究喷注淬火效应修正的整体喷注观测量具有指导意义。紧接着，研究了重离子碰撞中整体喷注形状的核修正，发现核环境中整体喷注的形状与介质诱导辐射胶子的角分布直接相关，通过与CMS实验测量值对比，验证了多个辐射胶子的角分布模型，发现角分布倾向于dNg/dθ∝1/√θ。以此角分布模型描述介质诱导辐射的胶子，预测了未来超高能级重离子碰撞中整体喷注形状的核修正，以及不同尺寸重建的单举整体喷注产额的核修正，结果都表明更高能级重离子碰撞中整体喷注产额和形状的核修正与此前LHC能级中的结果接近。在同一理论框架下，还计算了重离子碰撞中W玻色子标记喷注产额的核修正，W玻色子标记喷注产生的微分散射截面在小横动量区域被抬升，而在大横动量区域被压低。此外，喷注的平均电荷可以完全区分夸克喷注和胶子喷注，为研究部分子能量损失的味道依赖提供了可能。首次计算了重离子碰撞中整体喷注的平均电荷。发现，相较于质子-质子碰撞，整体喷注的平均电荷值有大约20％的抬升。为了分析这一核修正的来源，计算了夸克喷注平均电荷的核修正因子，结果表明夸克喷注的平均电荷几乎不受核效应的影响。在我们的计算模型中，夸克喷注和胶子喷注由于各自的色因子不同而损失不同的能量，△Eq/△Eg=4/9，胶子喷注损失更多的能量导致末态观测到的同一能量区间的整体喷注中夸克喷注所占的份额增加，体现在观测量中则是使整体喷注的平均电荷值增加。因此整体喷注平均电荷的核修正仅来自于核效应对夸克和胶子相对份额的修正。进一步假设△Eq/△Eg=1，即夸克喷注和胶子喷注损失相同的能量，它们的相对份额不发生改变。在此假设条件下得到的喷注平均电荷的核修正验证了之前的结论。未来实验中精确测量重离子碰撞中整体喷注平均电荷的核修正，可以加深对部分子能量损失对味道的依赖的理解。

目录

声明

摘要

第一章 引言

第二章 高能物理中的整体喷注观测量

2．1 整体喷注的重建

2．2 pQCD理论框架下整体喷注的计算

2．3 高能物理中蒙特卡洛事件发生器在整体喷注研究中的应用简介

2．4 本章小结

第三章 相对论重离子碰撞中的核效应

3．1 Glauber模型中的和碰撞几何

3．2 核核碰撞中的冷核物质效应

3．3 核核碰撞中的喷注淬火效应

3．4 本章小结

第四章 高能重离子碰撞中整体喷注的形状、产额以及W玻色子标记喷注的研究

4．1 重离子碰撞中整体喷注形状(jet shape)的研究

4．2 未来超高能级下重离子碰撞中整体喷的注形状和产额

4．3 重离子碰撞中次领头阶W玻色子标记喷注的产生

4．4 本章小结

第五章 高能重离子碰撞中整体喷注平均电荷的研究

5．1 核子-核子碰撞中整体喷注的平均电荷

5．2 重离子碰撞中整体喷注的平均电荷

5．3 能量损失对部分子味道的依赖在整体喷注平均电荷中的体现

5．4 本章小结

第六章 重离子碰撞中event shape观测量的研究进展

第七章 总结与展望

附录

参考文献

发表论文和已完成工作情况

致谢