200GeV极化pp碰撞中Lambda和anti-Lambda超子的纵向极化转移

摘要

自旋作为微观粒子的一个基本自由度是探索强相互作用性质的一个有力工具,而自旋物理在粒子物理中一直占有重要的地位,其中核子的自旋结构更是这个领域的热门课题之一。目前在核子自旋结构的研究中,还有许多未解决的问题,其中就包括核子内奇异海夸克的自旋结构。最初,人们利用极化的单举深度非弹实验数据,结合超子衰变及味道SU(3)对称性得到不同味道的夸克对核子自旋的贡献ΔU,△D和△S。到目前为止,人们已经做过许多的此类实验,积累了大量的数据,结果显示奇异海夸克对核子自旋的贡献为负值△S<0。但近几年,HERMES实验利用半单举的极化DIS实验更加直接的测量了奇异海夸克对核子自旋的贡献,结果似乎显示△S>0,这与单举的DIS实验是不一致的。因此,目前人们对核子内海的自旋结构的认识还是很肤浅的,利用其他的高能反应过程对ΔS进行测量就具有非常重要的意义。在自旋物理研究中,∧((∧))超子有着广泛的应用,因为它们的极化可以比较方便的由其弱衰变产物的角分布确定。人们已经在e+e-湮灭和极化的轻子.核子深度非弹散射实验中研究过∧超子的纵向极化,测量到了明显的极化效应。近些年来,系统的理论唯像分析表明,pp反应中大横动量的(∧)的纵向极化对奇异夸克的极化分布函数很敏感,这为我们提供了一个研究核子内奇异夸克极化的新方法。
　　 位于美国Brookhaven国家实验室的高能重离子对撞机RHIC也是世界上第一台极化的高能质子-质子(Pp)对撞机。它的运行为我们提供了一个更好的理解核子自旋结构的机会。目前,RHIC上已开展了许多这方面的研究,例如:通过喷注和强子的纵向双极化不对称(ALL)得到胶子对核子自旋的贡献；利用W玻色子产生的纵向单自旋不对称(AL)测量u、d、(u)和(d)克的极化分布函数等。本文的主要工作就是利用RHIC上的STAR探测器2005年取得的纵向极化的pp反应的数据,第一次系统的测量了√s=200GeV下极化的pp碰撞中人和天的纵向极化转移DLL。测量所覆盖的的赝快度区间足|η|<1.2,横动量最高达到4GeV/c。测量得到∧的纵向极化转移的值为DLL=-0.03±0.13(slat)±0.04(syst),(∧)的纵向极化转移的值为DLL=0.12±0.08(stat)±0.03(syst)。而对应的样本的赝快度的平均值为〈η〉=0.5,横动量的平均值为〈pT〉=3.7GeV/c。在正负赝快度区间上的纵向极化转移对pT的依赖也在本文中给出。
　　 在分析中,我们用到了三种不同的触发数据样本:MB触发数据,HT触发数据以及JP触发数据。其中MB数据中∧和(∧)的主要集中在较低的横动量区间,而HT和JP数据中包含横动量较高的样本。在本文中我们详细的介绍了在这三种不同的触发数据中进行人和天的重建过程,其中包括:样本数据的选择,∧((∧))重建方法以及蒙特卡洛模拟等。利用两束流不同的极化状态下重建得到的∧和(∧)的数目的不对称,我们进一步测量了它们的纵向极化转移DLL。在我们的测量方法中,探测器的接收度对纵向极化转移的影响被抵消掉,进而降低了整个测量的系统误差。我们利用K0S粒子和模拟数据对分析方法进行了多种检验。我们也详细的讨论了在这个测量过程中可能的系统误差,其中包括重叠事件引起的误差以及触发条件带来的偏差等。最后,我们给出√s=200GeV下极化的pp碰撞中∧和(∧)的纵向极化转移DLL的测量结果并对其进行了讨论。
　　 另外,目前已有的pp碰撞中超子纵向极化的实验和理论的研究都集中在中心快度区间。而近期,STAR实验组提出了一个探测器升级计划,可能对pp碰撞中的向前大快度区域产生的超子极化进行测量。同中心快度区域中的超子产生相比较,在向前大快度区间产生的超子携带的初始束流的动量分数更大,因此它们的极化可能有不同行为。我们利用不同的极化分布函数以及碎裂过程中不同的极化转移模型对RHIC能量下极化的pp碰撞中向前快度区间2.5<η<4内超子与反超子的纵向极化进行了研究。结果显示在此区间内,∑+的极化可以区分高能碎裂过程中不同的极化转移图像；而∧和(∧)超子的极化对奇异海夸克的螺旋度分布比较敏感。在计算过程中,我们也研究了束流剩余部分对该区间超子极化的影响。这些结果对将来实验物理分析都有重要指导意义。

目录

文摘

英文文摘

CONENTS

1 引言

1.1 核子自旋结构与部分子模型

1.1.1 核子结构与部分子分布函数

1.1.2 核子自旋结构与极化部分子分布函数

1.2 RHIC自旋物理简介

1.3 核子自旋结构与pp反应中的超子极化

1.3.1 深度非弹散射与奇异夸克的极化

1.3.2 pp反应中()的极化与奇异夸克的自旋分布

1.4 本文的主要内容和安排

2 实验装置

2.1 RHIC上的极化pp对撞装置

2.2 STAR探测器

2.2.1 时间投影室TPC

2.2.2 束流计数器BBC

2.2.3 桶部电磁景能器

3 ()和()的重建

3.1 数据样本和触发条件

3.2 VO粒予重建的一般步骤

3.2.1 STAR实验中的数据结构

3.2.2 数据选取

3.2.3 ()和()的重建

3.2.4 KOS的重建

3.3 大横动量触发条件数据中()和()的重建

3.3.1 数据选取

3.3.2 High Tower触发条件下()和()的重建

3.3.3 Jet Patch触发条件下()和()的重建

3.4 蒙特卡洛模拟

4 ()和()的纵向极化转移DLL的测最

4.1 纵向极化转移DLL的分析方法

4.1.1 分析方法的介绍

4.1.2 对分析方法的检验

4.2 系统误差分析

4.2.1 与触发条件无关的系统误差

4.2.2 事件重叠效应引起的系统误差

4.2.3 触发条件引起的系统误差

4.3 结果及讨论

4.3.1 纵向极化转移DLL的测量结果

4.3.2 与理论模型预言结果的比较

4.3.3 对DLL测量结果的检验

5 极化的pp碰撞中向前快度区间内超子纵向极化的模型计算

5.1 极化的pp碰撞中超子纵向极化的计算方法

5.2 pp碰撞中向前快度区间内超子产生的贡献

5.3 极化的pp碰撞中向前快度区间内超子纵向极化的计算结果

6 总结与展望

附录1 重子的SU(6)波函数及在该模型下质子中碰撞剩余部分的极化转移

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表论文

英文论文

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