STAR实验中双强子方位角关联的研究

摘要

作为基本粒子的夸克和胶子间的相互作用可以由量子色动力学(QCD)来描述。胶子是部分子（包含夸克和胶子）间强相互作用的携带者，强相互作用由色荷来进行特征化描述。被携带色荷的胶子禁锢的夸克组成了色中性的质子，中子和其他强子（例如π介子）。胶子的质量为零，质子中的夸克质量总和只占其质量的一小部分。这就意味着胶子参与的强相互作用在质子的质量中扮演了很重要的角色。质子（或原子核）的基本组分可由高能物理实验来探测。例如，深度非弹性散射实验(DIS)加速一个轻子或中微子穿越一个质子（或原子核）来探测其中携带纵向动量xBJ和分辨标度Q2。强子（轻子）—强子的硬散射过程可以因子化成部分子分布函数，部分子散射过程以及部分子碎裂函数的卷积。
　　 我们已经对夸克的部分子分布函数有所了解，而胶子的部分子分布函数是由结构函数F2(xBJ,Q2)推导出来的。当Q2的值固定时，胶子的部分子分布函数随xBJ的减少而迅速增加[1，2]。当xBJ减少时，一个胶子会分裂成两个胶子而夸克也会辐射出胶子(该过程就是gluonemission)，这些过程导致胶子的部分子分布函数的迅速增长。因为散射振幅要遵守归一定律，所以胶子的部分子分布函数不能无限增长。当胶子的分裂过程与胶子的重组过程(gluonrecombination)互相平衡时，质子中的胶子就达到gluonsaturation的状态。目前我们还不清楚在小xBJ区域的原子核部分子函数的分布，已有的固定原子靶DIS实验只能推导得到xBJ＞0.02区域的原子核的胶子部分子分布函数。RHIC前向粒子的测量可以探测到更小xBJ的胶子。与质子质子(p+p)碰撞相比，STAR实验测量到的前向中性π介子在氘核金核(d+Au)碰撞的产额压低与色玻璃凝聚态(ColorGlassCondensate，简称CGC)的描述一致。然而，单粒子末态只能测量一个相对宽泛的xBJ区间内的积分。领头粒子在前向快度区的双强子方位角关联可以测量一个特定小xBJ区。为了探测金核胶子分布函数在小xBJ区的分布，我们研究了d+Au碰撞中的双强子方位角关联。
　　 RHIC对撞机的STAR实验具有跨越赝快度区-1＜η＜4将近连续的方位角接收度的电磁量能器系统。本论文涉及的数据分析主要研究RHICrun8运行中质心系能量(√s)=200GeV的质子质子(p+p)和氘核金核(d+Au)碰撞中，在前向的介子光谱仪(ForwardMesonSpectrometer，简称FMS，其覆盖2.5＜η＜4.0)重建的领头中性π介子和在端盖电磁量能器(EndcapElectorMagneticCalorimeter，简称EEMC，其覆盖1.083＜η＜2.0)重建的中性π介子或jet-likecluster的方位角关联。p+p碰撞中的结果做为氘核金核碰撞中的双强子关联的参考。在d+Au散射中，氘核(d)中大x价夸克可以测量高密度金核中的小x胶子，该过程产生的末态强子可以被FMS和EEMC探测器测量到。FMS-EEMC双强子关联可以测量在0.003＜xBJ＜0.02范围的金核胶子分布函数。
　　 经过对采集数据的质量保证(QualityAssurance)检查，我开发了一个由能量阈值环绕的clusterfinder来寻找EEMC探测器中的光子信号。使用该clusterfinder得到的前向-中心快度区π0-π0关联和已发表的结果一致[3]，这就证实了该clusterfinder的可靠性。我们首先研究了FMSπ0-EEMCπ0之间的方位角关联[4]。但是FMSπ0-EEMCπ0的数据统计量不够，考虑到初态的部分子运动方向与散射后产生的强子末态的种类无关，喷注(jet)相对于单强子来说可以更直接的探测初态部分子。因此，我们基于jetcone半径算法在EEMC中重建jet-likecluster。在本论文，我们将详细讨论对EEMC重建的jet-likecluster去除探测器接受度的效应以及如何抑制underlyingevent对jet-likecluster的影响。我们也将介绍该双强子方位角关联的横动量和碰撞中心度的依赖。为了理解关联峰下部的背景，在d+Au碰撞中通过标记氘核束流方向的中子来近似把该碰撞事件看做质子金核(p+Au)碰撞。本文也讨论了p+Au和d+Au碰撞中FMS-EEMC双强子方位角关联结果的比较。在经过一系列的系统检查后，我们发现FMSπ0-EEMCjet-likecluster的背对背方位角关联在d+Au碰撞中的宽度比p+p碰撞中更宽，P+P与d+Au方位角关联的宽度差与underlyingevent对jet-likecluster的贡献无关。FMS-EEMC方位角关联探测到的是前向—中心快度双强子关联和前向—前向双强子关联测量结果的中间x范围。在STAR实验研究的前向触发的双强子关联证明了从疏松部分子气体到致密CGC态的转换过程是平滑的。