【摘要】：粒子物理是以探討“物質(zhì)的基本組成”這一課題為目的之一的學(xué)科。在這一學(xué)科中發(fā)展出的量子色動力學(xué)(QCD),對核物質(zhì)在高溫、高密度的極端條件下的存在形式,提出了夸克-膠子等離子體(QGP)的預(yù)言。為了在實驗室環(huán)境下創(chuàng)造這樣的極端條件,科學(xué)家們發(fā)展出了名為高能重離子碰撞的實驗手段。美國布魯克海文國家實驗室(BNL)的相對論重離子對撞機(jī)(RHIC)就是為實現(xiàn)這一目的而研制的大型科學(xué)裝置之一,它能將“金核-金核”加速到每核子對200GeV的碰撞能量。其中,依托于RHIC的STAR實驗組經(jīng)過多年的實驗探測,積累的大量實驗數(shù)據(jù)基本證明了在碰撞初期的極短時間內(nèi)(若干fm/c范圍內(nèi)),確實產(chǎn)生了一種被稱為強(qiáng)耦合夸克-膠子等離子體(sQGP)的高溫、高密、存在強(qiáng)相互作用的新物質(zhì)。在非中心的高能重離子碰撞中,由于系統(tǒng)的不對稱性,參加碰撞的核物質(zhì)在縱向動量上存在著梯度,這使得系統(tǒng)擁有較高的初始角動量。系統(tǒng)的軌道角動量可能導(dǎo)致參與碰撞的部分子發(fā)生極化,使得初始角動量被部分地轉(zhuǎn)移到碰撞所產(chǎn)生的高溫、高密度物質(zhì)中。極化的部分子在強(qiáng)子化過程中可能保留極化信息,從而產(chǎn)生強(qiáng)子極化。倘若極化的強(qiáng)子在強(qiáng)相互作用中沒有徹底丟失極化信號,則末態(tài)強(qiáng)子的極化將可以為實驗所測得。由于渦流、自旋-軌道耦合以及磁場效應(yīng),碰撞產(chǎn)生的粒子的角分布可能存在某種依賴性。對這種依賴性的測量,即對自旋排列、極化的測量,是對QGP的渦流結(jié)構(gòu)、流體結(jié)構(gòu)和粒子產(chǎn)生機(jī)制的一個敏感的探針,可以提供有關(guān)夸克-膠子等離子體動力學(xué)的信息。φ介子是自旋S=1的介子,由一對正反奇異夸克組成。理論預(yù)言,在QGP中以φ介子為代表的奇異粒子的產(chǎn)額將會增加,這一預(yù)言在STAR的探測結(jié)果中得到了驗證。φ介子與非奇異粒子的相互作用截面很小,更多地保留著系統(tǒng)演化早期的信息,對于QGP的形成是一個理想的探針。本論文工作中,選擇了φ →K++K-反應(yīng)道(這是一個有較大截面的反應(yīng)道,分支比(49.2 ± 0.5)%),基于STAR實驗中2010、2011以及2014年“金核-金核”碰撞的實驗結(jié)果,并使用了滿足名為最小偏差(Minimum-Bias,MB))的觸發(fā)條件(Trigger)的數(shù)據(jù)樣本,分別基于初階事件平面和次階事件平面測量了 φ介子的自旋排列因子ρ00,碰撞能量范圍覆蓋了(?)= 1.5,19.6,27,39,62.4,200GeV。在STAR探測器覆蓋的動力學(xué)空間和中快度區(qū)間上,得到了明顯的自旋排列信號:1、對碰撞能量(?)= 200GeV,相對初階事件平面的測量結(jié)果為0.34±0.002(stat)±0.006(sys),相對次階事件平面的測量結(jié)果為0.34 ± 0.001(stat)≈ 0.002(sys);2、對碰撞能量(?)=11.5-2.4GeV范圍的低能量范圍,相對初階事件平面的測量結(jié)果為0.36 ± 0.005(stat)± 0.004(sys),相對次階事件平面的測量結(jié)果為0.35±0.002(stat)± 0.0008(sys)。這一信號可能是由于系統(tǒng)的渦旋狀態(tài)的貢獻(xiàn)(主要來自極化的正反奇異夸克之間的重組)、以及碰撞過程中產(chǎn)生的磁場的貢獻(xiàn),這兩個效果相反的效應(yīng)共同造成的。其中,磁場的貢獻(xiàn)占據(jù)主導(dǎo)地位。在本論文工作中,認(rèn)真分析了 φ介子自旋排列的測量作為幾何關(guān)系的測量,與關(guān)注粒子產(chǎn)額的譜學(xué)測量之間的差別。仔細(xì)考慮了可能對測量結(jié)果造成非物理影響的探測器效應(yīng),結(jié)合理論分析與模擬驗證,發(fā)展出了一套關(guān)于探測器效率、事件平面分辨率、探測器接收度等探測器效應(yīng)的修正方案,其中許多部分在相關(guān)研究領(lǐng)域?qū)儆谑讋?chuàng)。
【圖文】：

第 2 章 高能重離子碰撞的實驗裝置圖2.8 ZDC位置示意圖件。SMD 同樣是成對的探測器，分別添加在兩側(cè) ZDC 的第一個模塊與第二個模塊之間。SMD 是一個 8 道 7 道的描跡儀（Hodoscope），由塑料閃爍體組成，，整體尺寸約為 2cm 11cm 18cm。閃爍體呈 X Y 型排列，其中 21 條帶呈水平放置，32 條帶呈豎直放置。每條帶的橫街面形狀接近一個高度為 7mm 的等邊三角形。等邊三角形中心為中空的孔道，允許插入 0 83mm 用于閃爍光的搜集和傳輸。每條三角形帶用 59 m 鍍鋁聚酯薄膜包裹，從而在光學(xué)上與相鄰的帶隔離開。包括的閃爍體帶在兩個 G-10 片之間形成一個平面。水平放置的 21 條帶沿豎直方向?qū)R，以三條帶為一組，相應(yīng)的三條光纖連接在一起形成一道，并被連接至一個 16 道光電倍增管的陰極表面。類似地
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O571.6

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本文編號：2625120