相对论重离子碰撞实验中双电子的产生

摘要

相对论重离子碰撞实验的主要目的是研究QCD自由度下核物质的结构，包括有限温度和密度下QCD物质的性质，以及寻找QCD相变的临界点和一阶相变的边界。近年来，RHIC和LHC的实验通过对末态强子的测量结果表明，在高能重离子碰撞中形成了一种新的物质形态——强耦合的夸克胶子等离子体(sQGP)。双轻子作为一种电磁探针，由于其不参与强相互作用，因此在产生之后，它们能不受影响的穿过高能重离子碰撞形成的介质。同时，双轻子能够在系统演化的各个阶段产生，使它们成为研究高能重离子碰撞中产生的介质性质的优秀探针。
　　由于关注的物理不同，双轻子的动力学相空间一般被分为3个不变质量质量区间。低质量区间（Mll＜Mφ），双轻子的产生主要来源于介子在强子介质中的多次散射。在中间质量区间（Mφ＜Mll＜MJ/ψ），双轻子的主要来源于QGP物质的热辐射，以及重味夸克介子的半轻子衰变。在高质量区间（Mll＞MJ/ψ），双轻子主要来源于Drell-Yan过程和重味夸克偶素的衰变。
　　本文主要讨论STAR实验组在√s=200 GeV下的质子质子对撞和金金对撞中对双电子产生的测量。STAR实验在2010至2012年间积累了大量的实验数据，同时桶部飞行时间探测器(TOF)的安装完成大大增强了STAR探测器鉴别电子（正电子）的能力，使得在STAR实验中测量双轻子成为可能。通过分析2012年采集数据得到的双电子不变质量谱极大地提高了质子质子对撞中双轻子不变质量谱的精度（与STAR实验之前的测量[1]比较，统计量提高了7倍左右）。通过在200GeV金金MinBias(0-80％中心度)碰撞中双轻子不变质量谱与强子衰变模拟和模型计算的比较，我们发现，在质量区间0.3～0.76GeV/c2中，双轻子的产生相对于不包含ρ介子贡献的强子衰变模拟结果有1.66±0.06(stat.)±0.24(sys.)±0.33(cocktail)倍的增强。对于这个增强因子，我们并未观测到明显的中心度依赖性和横动量依赖性。在中心对撞中（0-10％中心度）这个增强因子比PHENIX实验观测到的结果要小。基于ρ介子在介质中质量谱展宽的模型计算可以很好的解释我们观测到的增强。同时本文也会讨论可能存在的相关联的重味夸克在介质中的修正效应，以及通过双轻子衰变道对ω介子和φ介子产生的测量。

目录

声明

摘要

ABSTRACT

Contents

List of Tables

List of Figures

Chapter 1 Introduction

1．1 Standard model and Quantum Chromodynamics

1．1．1 Quantum Chromodynamics(QCD)

1．1．2 Running coupling

1．1．3 Chiral symmetry

1．1．4 Spontaneous breaking of chiral symmetry

1．1．5 Deconfinement and QGP

1．1．6 Restoration of the chiral symmetry

1．2 Dilepton production in high energy heavy ion collisions

1．3 Previous experiments and measurements

1．3．1 CERES／NA45

1．3．2 NA60

1．3．3 PHENIX

Chapter 2 Experiment set-up and detectors

2．1 The Relativistic Heavy Ion Collider

2．2 STAR experiment

2．2．1 STAR magnet system

2．2．2 Main tracker-Time Projection Chamber

2．2．3 Time Of Flight system

2．2．4 STAR trigger system

2．2．5 High Level Trigger／L4 system

2．3 Future upgrade

Chapter 3 Analysis

3．1 Data set and event selection

3．2 Centrality definition

3．3 Track selection and electron identification

3．3．1 Track selection

3．3．2 Electron identification

3．3．3 Hadron contamination and electron purity

3．4 Pair reconstruction and background

3．4．1 Like-sign method

3．4．2 Mixed event method

3．4．3 Photon conversion

3．4．4 Centrality and peeT dependence

3．4．5 Dielectron signal

3．5 Efficiency and acceptance correction

3．5．1 Single electron efficiency

3．5．2 Momentum resolution and energy loss

3．5．3 Pair efficiency and acceptance

3．5．4 Trigger efficiency，trigger bias and vertexing bias

3．5．5 The total correction factors for dielectron spectra

3．6 Hadronic cocktails

3．7 Systematic uncertainty

3．8 Combine the Au+Au results from year 2010 and year 2011

3．8．1 Comparison

3．8．2 Combination

Chapter 4 Result and discussion

4．1 Dielectron production in 200 GeV p+p collisions at STAR

4．2 Dielectron production in 200 GeV Au+Au collisions at STAR

4．2．1 Dielectron invariant mass spectra

4．2．2 Comparison to models

4．2．3 pT and centrality dependence

4．2．4 Correlated charm contributions

4．2．5 Low mass vector meson yields

4．2．6 mT slope parameters

4．3 Summary and outlook

Bibliography

Appendix

ACKNOWLEDGMENTS

Presentations and publication List