ALICE7TeV质子—质子碰撞中光子—强子关联的研究

【摘要】物质的微观结构是科学家们关心的一个重要问题。目前为止,标准模型是一种普遍被人们接受的描述物质的基本结构和它们之间相互作用的理论,该理论认为组成物质结构的基本单元是6味夸克、6种轻子和它们的反粒子以及4种传递相互作用力的媒介子包括光子(γ)、胶子(g)和玻色子(W±/Z0)。标准模型中基本粒子间的相互作用可以划分为电磁相互作用,强相互作用和弱相互作用,而所有的宏观物质则是由夸克和轻子通过规范粒子的相互作用而组成。量子色动力学(QuantumChromodynamics,QCD)是标准模型中用于描述强相互作用的理论,QCD预言在极端高温或高重子数密度条件下,QCD物质可以从普通的强子相转变到一种新的解禁闭相-夸克胶子等离子体(QGP)相。自然界存在两种天然的QGP状态：宇宙大爆炸初期(极高温)和正在塌陷中的中子星内部(高重子数密度)。在实验室条件下,科学家们希望通过高能重离子碰撞来研究夸克胶子等离子体,因此相继建造了一系列加速器,包括欧洲核子研究中心(CERN)的超级质子同步加速器(SPS),美国布鲁海文国家实验室(BNL)的交变梯度同步加速器(AGS)和相对论重离子对撞机(RHIC),在研究QGP方面取得了很好的进展,发现了一系列与QGP形成有关的实验现象,如集体流,喷注淬火,奇异粒子产额增强以及热光子等。尤其是在重离子碰撞中,喷注淬火效应会造成高横动量强子产额的压低和背对背喷注之间关联的消失,这是实验上观测和研究QGP的重要信号。于2009年正式启动的大型强子对撞机(LHC)可以将粒子加速到前所未有的TeV能区,位于LHC上的大型重离子对撞实验(ALICE)则专门致力于研究高能核-核碰撞中产生的高温高密核物质的性质,它可以将两束铅核加速到每个核子2.76TeV的超高能量然后发生对撞,从而在更高的温度下形成更加可观的热密QGP物质。ALICE探测器有望更加系统地测量核-核碰撞中产生的末态粒子,由此反映碰撞初期形成的热密介质的性质。本文工作基于ALICE实验质心系能量为(?)=7TeV,下的质子-质子碰撞数据,目的是通过测量直接光子-带电强子的关联谱来研究喷注的碎裂函数(即强子携带喷注动量份额z=pThadron/pTjet的分布)。该测量为核-核碰撞中有介质效应的部分子碎裂函数提供参照,对研究核-核碰撞中产生的热密介质的性质有重要意义。喷注的碎裂函数可以很好地由直接光子-强子关联的非平衡参数xE的分布来近似。由于单举光子由直接光子和衰变光子组成,关联谱可以用统计抽除方法来抽取：从单举光子关联产额中扣除衰变光子的贡献来抽取直接光子信号。因目前(?)=7TeV的质子-质子碰撞数据统计量有限,很难通过统计抽除方法得到有物理意义的碎裂函数结果。但本文的分析工作建立了统计抽除方法在ALICE实验上的应用,当日后ALICE运行达到足够的统计量时,可以很快地采用该方法来测量直接光子-强子关联谱来研究部分子的碎裂函数和热密介质效应。本文的第一章主要介绍高能重离子碰撞的基本理论知识,包括标准模型和QCD的基础知识,以及重离子碰撞的时空演化过程和实验上探测到的与QGP有关的实验现象；第二章介绍了LHC/ALICE探测器,重点介绍了中心径迹探测系统的ITS和TPC,以及电磁量能器EMCal的结构和功能,并介绍了ALICE的离线数据分析框架AliRoot.第三章介绍了直接光子和强子关联的背景知识,以及统计抽除和孤立截断两种方法。第四章介绍了ALICE数据的分析,包括：中性触发粒子光子/π0/η的重建和鉴别方法,带电粒子的重建效率和纯度,以及统计抽除方法的一些中间步骤和粗略的结果。第五章是对全文的总结和展望。
【作者】党蕊娜；
【导师】周代翠；
【作者基本信息】华中师范大学，粒子物理与原子核物理，2014，硕士
【关键词】ALICE实验；夸克胶子等离子体；喷注淬火；光子-强子关联；碎裂函数；

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