LHC ALICE5.02TeV质子-质子碰撞π0介子产生研究

摘要

格点量子色动力学(LQCD)预言，极端高温高密度条件会导致强子解除夸克紧闭，形成新物质态-夸克-胶子等离子体(QGP)。这是当今物理学领域重大前沿课题。
　　按照标准模型(Standard Model)，物质的基本结构是由夸克和轻子这两者通过规范粒子之间的相互作用构成的。标准模型提出组成物质结构的最小组分是夸克(u，d;s，c;b，t)、轻子（e，ve;μ，vμ;τ，vτ）以及传递相互作用的媒介，如W±粒子、Z0粒子、胶子和光子。依据媒介的不同，把基本作用力划分为电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。它们共同构建起了亚原子层面。
　　通常情况下，由于总色荷必须为零，因此带色荷的夸克被束缚在强子中，而不可能单独分离出来，因此人们称之为“夸克禁闭”。但在极端高温或高密条件下，夸克禁闭的强子相可以退禁闭到夸克-胶子等离子体相(Quark Gluon Plasma)。格点量子色动力学(Latice Quantum Chromodynamics)预言了夸克从强子相退禁闭到自由态的QGP相的临界温度。因此，人们建造了诸多高能实验装置专门致力于高能重离子碰撞实验，探测夸克物质信号及其性质。
　　位于欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机LHC(Large Hadron Collider)是当今世界上运行能量最高的粒子对撞实验机。ALICE(A Large Ion ColliderExperiment)是LHC上致力于TeV能区铅-铅(Pb-Pb)对撞的实验。QGP物质产生时间极短，因此人们只能通过测量末态产物的各种信息来判断是否产生QGP并研究其性质。实验上表征QGP生成的信号有:J/Ψ产额压低、奇异粒子增强、热光子和轻子产生、喷注淬火与高横动量粒子产额压低、末态粒子各向异性流不为零等。
　　直接光子产生于碰撞早期，且光子只会与物质发生电磁相互作用，因此它有很长的平均自由程，能几乎不受影响地穿过核-核碰撞产生的热密物质，从而携带碰撞初期的信息，是研究QGP物质的重要探针。实验上，直接光子所占的份额很少，绝大部分都是衰变光子，其中大部分是从π0介子衰变而来。通过测量衰变光子，计算出π0介子谱，可以为核修正因子的研究以及核-核碰撞中产生的QGP的研究提供帮助。TeV能区的质子-质子碰撞将产生大量尢0粒子。测量π0粒子谱，一是检测QCD理论预言，二是为研究核-核碰撞中π0粒子谱压低现象建立参考。
　　ALICE实验上的电磁量能器(EMCal)能探测横动量pT=0.5 GeV/c到100 GeV/c的直接光子和衰变光子。本文叙述利用ALICE电磁量能器采集的数据，以及结合ALICE平台，对π0介子产生谱进行的实验观测和校正。第一章介绍了标准模型和量子色动力学，以及高能重离子碰撞与QGP物质产生的基础知识。第二章简述ALICE实验探测器的组成与功能，ALICE Offline平台以及ALICE数据分析库Aliroot，包含实验模拟、事例重建和实验分析框架。第三章讨论π0介子不变质量重建、数据质量评估、背景剔除、π0介子不变质量原始谱、π0介子重建效率与粒子谱修正，最后给出修正后的π0介子谱。第四章是本论文工作总结与展望。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 标准模型

1．2 高能重离子碰撞

1．2．1 格点QCD计算

1．2．2 QCD相图

1．2．3 高能重离子碰撞

1．3 夸克-胶子等离子体实验信号

第二章 LHC-ALICE实验装置

2．1 LHC大型强子对撞机(Large Hadron Collider)

2．2 ALICE实验探测装置简介

2．2．1 中心区筒状探测系统

2．2．2 向前区探测器

2．2．3 μ子探测器

2．3 ALICE实验在线系统和离线分析软件

2．3．1 ALICE实验在线系统

2．3．2 ALICE实验离线分析框架

第三章 π0介子实验观测及结果

3．1 π0介子重建方法

3．1．1 光子团簇判选

3．1．2 双光子的不变质量计算公式

3．1．3 π0介子不变质量重建

3．2 数据质量评估

3．3 π0介子分析及结果

3．3．1 π0介子原始谱

3．3．2 π0介子重建效率修正

第四章 总结与展望

参考文献

致谢