【摘要】：高能反應中產生的末態(tài)夸克(或膠子)轉變?yōu)閷嶒灴捎^測強子的過程稱為強子化。由于支配它的非微擾量子色動力學(NPQCD)仍未解決,其機制至今只能以唯象模型與實驗的互動研究進行探索。近幾年,大型強子對撞機(LHC)的成功運行將質心碰撞能量提高到TeV量級,取得了 pp、p-Pb和Pb+Pb碰撞的海量實驗數據,這為強子化機制的研究提供了前所未有的機會。最近,ALICE和CMS實驗組發(fā)現,LHC上pp和p-Pb碰撞產生的小部分子系統(tǒng)在“高多重數事例”中展現出一系列的強子產生新特征,主要有長程關聯(Ridge行為)、奇異性增強、高重子介子比等。這些現象在RHIC和LHC重離子碰撞中已經被觀測到,并且被普遍歸因于QGP的產生。這是否意味著這種極高碰撞能量下產生的小部分子系統(tǒng)也發(fā)生了退禁閉或產生Mini-QGP?因此,弄清楚“小部分子系統(tǒng)”中Mini-QGP或退禁閉、強子化新特征等即成為當前高能反應強子產生的理論研究熱點。相對論重離子碰撞產生了 QGP,其強子化可用夸克組合機制來描寫。最近幾年,山東夸克組合模型成功解釋了 RHIC和LHC能量重離子碰撞中強子產生的一系列實驗現象。本論文將山東夸克組合強子化模型應用到LHC能區(qū)pp和p-Pb碰撞中,系統(tǒng)研究各種強子的產額及其橫動量譜,從強子化角度為LHC上pp和p-Pb小碰撞系統(tǒng)是否發(fā)生退禁閉或產生Mini-QGP提供新的理論預言,深入理解強子化新特征。本論文的主要研究內容和結論如下:(一)質心能量7 TeV pp碰撞中強子產額及其橫動量譜的研究LHC實驗發(fā)現,高多重數的pp碰撞事例中的強子產生呈現出一系列新特征�？淇私M合機制下,利用參數化的輕夸克和奇異夸克的橫動量譜,系統(tǒng)研究質心系碰撞能量為7 TeV的pp碰撞中p、Λ、（？）、Ω~-、φ、K(892)~(*0)、（？）(1530)~(*0)等強子產額及其橫動量譜,輕強子、奇異強子和共振態(tài)粒子的平均橫動量pT,（？）/Λ、Ω/φ、K/π等強子比,并與實驗數據及其它強子化模型作比較,我們的理論計算結果很好地描述了實驗數據。進一步預言了目前實驗尚未測量的其它強子的橫動量譜;提出兩個與十重態(tài)重子和矢量介子相關的標度行為,作為探測LHC上高多重數的pp碰撞事例中強子化機制的有效探針。研究結果表明,夸克組合強子化在高多重數的pp碰撞中同樣起著重要作用。(二)LHC上p-Pb碰撞中強子橫動量譜的夸克數目標度性及組份夸克自由度的研究最近,LHC能量p-Pb碰撞實驗觀測到高多重數事例中存在Ridge、奇異性增強等新現象,表明這些小部分子系統(tǒng)可能發(fā)生退禁閉或產生Mini-QGP。我們分析ALICE發(fā)布的質心系碰撞能量為5.02 TeV的p-Pb碰撞中輕強子、奇異強子和共振態(tài)粒子橫動量譜的實驗數據,首次發(fā)現,Ω~-、φ、K(892)~(*0)、（？）(1530)~(*0)等強子橫動量譜的實驗數據展現出完美的夸克數目標度性;我們指出這種標度性正是等速度近似下夸克組合強子化的直接結果。在這種等速度夸克組合圖像下,得到輕夸克和奇異夸克的橫動量譜。進一步,研究p、Λ、（？）、Ω~-、φ、K(892)*0、（？）(1530)~(*0)、Σ(1385)~(*+)等在不同碰撞中心度的橫動量譜,理論結果很好地符合實驗數據。這表明在如此高能量下的p-Pb碰撞小系統(tǒng)強子化時組份夸克自由度起著重要作用,QGP可能也已經形成。
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外的三種規(guī)范相互作用（電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用）及構成物質最基本單元的理論，其中所包含的基本粒子如圖 1.1 所示。圖1.1 標準模型中的基本粒子。從 20 世紀 60 年代起，隨著實驗技術手段的不斷進步，標準模型與高能物理實驗緊密結合，探索物質的微觀結構和宇宙起源，開展了大量的理論研究和高能實驗工作。量子色動力學（QCD）理論[1,2]預言，強子物質處于極端高溫高密的環(huán)境里會發(fā)生相變形成一種新的解禁閉的物質態(tài)，即夸克膠子等離子體(QGP)[3~8]。這種 QGP 態(tài)是宇宙大爆炸初期的一個演化階段，隨著時間推移宇宙溫度和能量密度不斷降低，解禁閉的物質重新禁閉形成各種強子，之后繼續(xù)演化直至形成今天的宇宙萬物。大爆炸初期形成的解禁閉物質的性質及其強子化機制是什么，，是人們堅持不懈在探索的課題。高能重離子碰撞實驗可以提供 QGP形成所需要的環(huán)境

在碰撞產生的相空間內，部分子之間的強烈的相互作用使體系在很短時間內（約為0 .6fm/c）圖1.2 核－核碰撞的示意圖。達到（局域）熱平衡，形成夸克膠子等離子體；之后 QGP 物質膨脹降溫，形成強集體流，這個過程大約持續(xù) 5 fm/c；當系統(tǒng)溫度降到 TMeVc 155 160時，QGP 物質就會發(fā)生相變轉化為強子相物質，即系統(tǒng)強子化；隨著體系的能量密度和系統(tǒng)溫度進一步降低，強子氣體之間的相互作用逐漸減弱，經過非彈性散射主導階段和彈性散射主導階段，最終演化為可以被探測器捕捉到的自由運動的末態(tài)粒子。對于強相互作用中的非微擾過程，QCD 還無法給出精確的計算，處理這些軟過程的有效方法就是基于不同近似條件的不同唯象模型。探索 QGP 的性質及其強子化機制一直是高能重離子物理的前沿課題。自 2000 年 BNL的相對論重離子對撞機（RHIC）和 2008 年 CERN 的大型強子對撞機（LHC）運行以來
【學位授予單位】：曲阜師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O572.2

【參考文獻】

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1 王亞平;蔡勖;;LHC能區(qū)ALICE實驗及其PHOS觸發(fā)選判[J];高能物理與核物理;2006年12期

本文編號：2701884