本文關鍵詞：200GeV金核金核對撞中粲介子以及粲重子的產(chǎn)生

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【摘要】：在相對論重離子碰撞中,質(zhì)心能量高達每核子對200GeV的金核金核碰撞后會產(chǎn)生一種高溫高密的物質(zhì)。這種解禁閉的物質(zhì)被稱為夸克膠子等離子體(QGP),研究它的性質(zhì)是重離子物理實驗的主要目標之一。由于重味夸克的質(zhì)量比較大,在RHIC能區(qū)其主要是通過在碰撞早期的硬散射過程而產(chǎn)生。重味夸克經(jīng)歷了整個系統(tǒng)的演化,因此可以提供非常獨特的信息以用來研究這種高溫高密的QGP性質(zhì)。重味夸克強子的衰變長度通常都很短,實驗上測量重味夸克一般通過兩種途徑。一種是通過半輕子衰變道測量(semi-leptonic channel),另一種是通過強子衰變道(hadronic channel),兩種方法具有各自的優(yōu)缺點。通過半輕子衰變道衰變而來的電子通常也被稱為非光電子(NPE)。這種方法具有相對較大的衰變道分支比,同時電子相對容易被探測器觸發(fā)。但是,半輕子衰變道這種方法依賴于復雜的理論解釋去區(qū)分半輕子衰變是來自于粲夸克(c)衰變還是來自于底夸克(b)衰變。與此同時,由于衰變,實驗上測量的半輕子動力學區(qū)間所對應的重味夸克母粒子通常是來自于非常寬的動力學區(qū)間,致使測量具有較大的不確定性。第二種方法是通過強子衰變道方法測量,強子衰變道可以完全重建粲夸克強子的動力學信息同時又不受到半輕子衰變道方法的各種弊端。但是通過這種方法的測量通常都具有十分大的挑戰(zhàn)性,因為重離子碰撞中重建過程中來自于隨機組合的背景非常大,同時強子衰變道的衰變分支比相對較小。因此想要實現(xiàn)這種強子衰變道的精確測量需要探測器提供非常高的精度,以達到幾十微米量級的精度。STAR合作組2014年安裝的重味徑跡探測器(HFT)就是為了這個目的而專門建造的。重味夸克的核修正因子(RAA)一直被當做是研究部分子在介質(zhì)中相互作用從而導致能量損失的重要觀測量,這對研究能量量損失對于不同味夸克的依賴很重要,最終幫助我們理解介質(zhì)的性質(zhì),例如介質(zhì)中的輸運系數(shù),阻力系數(shù)以及擴散系數(shù)。低橫動量區(qū)間重味夸克的橢圓流(v2)測量對于研究介質(zhì)熱化程度具有很大的意義。低橫動量以及中間橫動量區(qū)間的重味夸克可以通過夸克重組機制強子化從而形成強子,這將影響重味夸克強子的橫動量產(chǎn)額譜以及v2。高橫動量區(qū)間的D介子v2可以與RAA一起限制部分子在介質(zhì)中能損對于路徑長度的依賴。實驗上粲夸克強子的精確測量不僅對粲夸克產(chǎn)生截面很重要,同時對于粲偶素的產(chǎn)額壓制以及重組機制研究(coalescence)意義重大。例如,如果低橫動量區(qū)間的粲偶素是通過粲夸克和反粲夸克的重組機制產(chǎn)生的,那么粲偶素會攜帶粲夸克最原始的集體流信息。而如果粲偶素不是通過這個機制產(chǎn)生的,那么粲偶素很可能不會攜帶粲夸克的原始集體流信息。RHIC能區(qū),在重離子碰撞實驗中觀測到了重子相較于介子的產(chǎn)額增強(en-hancements in the baryon-to-meson ratio)。相較于偏心碰撞以及質(zhì)子質(zhì)子碰撞,這種產(chǎn)額增強發(fā)生在中心核子核子碰撞中,而且是在中間橫動量區(qū)間(2pT6 GeV/c),這種產(chǎn)額增強既存在于輕夸克強子中,同時也存在于奇異夸克強子中。這種產(chǎn)額增強可以被強子化機制中的重組機制理論很好的描述。Ac作為質(zhì)量最輕的粲夸克重子,其質(zhì)量也最接近D0介子,同時它的壽命非常短,只有cτ～60μm。不同的理論模型對于Ac/D0的比值預測具有很大的區(qū)別,因為這些理論模型對于粲夸克在介質(zhì)中的熱化程度以及重組機制的具體應用都有很大的區(qū)別。對于包含輕味夸克以及奇異夸克的重子相較于介子產(chǎn)額增強在實驗上都已觀測到,因此對于含有重味夸克的Λc/D0的首次測量在實驗上就顯得意義重大。相較于粲夸克介子,粲夸克重子衰變到輕子的衰變分支比會小一些,因此如果實驗上Λc/D0的產(chǎn)額有所增強,那么對于非光電子的測量會有一定的壓制影響。同時,Λc和Ds強子的測量對于中間快度區(qū)的粲夸克產(chǎn)生截面也很重要。因此,本論文主要討論在STAR合作組首次利用重味徑跡探測器重建粲夸克強子的具體方法及結(jié)果,其中包含D0,D±以及Λc的測量。本論文會報告探測效率修正后的D0和D±橫動量產(chǎn)額譜,其中D0是通過D0(D0)→K(?)π±的衰變道測量,而D±是通過D± →K(?)+π±π±衰變道測量。本論文還會報告在金核金核200GeV中心碰撞中D0介子的核修正因子。本論文還將報告重離子碰撞中Ac的首次測量。Λc是通過Ac+→p+K-π+衰變道測量。在金核金核200GeV碰撞中,中心度處于10-60%,橫動量處于3pT6GeV/c范圍內(nèi)的Ac產(chǎn)額譜也將會展示。同時本論文還會報告重離子碰撞中的Λc/D0產(chǎn)額比值的首次測量,并且會與不同的理論計算作比較并作討論。STAR合作組安裝HFT后的首次D0產(chǎn)額譜測量以及核修正因子的測量,其測量精度相較于STAR已發(fā)表的實驗結(jié)果有很大的提升。新的實驗結(jié)果顯示并確認重離子碰撞中,高橫動量區(qū)間的D0產(chǎn)額相較于質(zhì)子質(zhì)子碰撞中具有很強的壓制效應,這意味著粲夸克與介質(zhì)之間存在著很強的相互作用,并且損失能量。實驗結(jié)果顯示D0介子RAA跟輕夸克強子的RAA具有很相似的趨勢。重建效率修正后的D±產(chǎn)額譜也將會與D0產(chǎn)額譜作比較,考慮到粲夸克分裂的分支比影響,D0與D±介子的產(chǎn)額譜具有相似(相同)的形狀,意味著這兩者之間的產(chǎn)生機制是相似的。重離子碰撞實驗中的首次Λc測量結(jié)果將會在本論文中展示,實驗結(jié)果顯示Λc/D0產(chǎn)額比值與輕夸克的重子介子產(chǎn)額比值相似,而且實驗結(jié)果與包含粲夸克熱化的夸克重組理論模型預測結(jié)果一致。結(jié)合本論文中的所有實驗結(jié)果以及STAR最近發(fā)表的D0橢圓流結(jié)果,實驗結(jié)果顯示粲夸克與QGP之間存在著強烈的耦合作用,而且粲夸克在介質(zhì)中有著很顯著的能量損失。同時粲夸克存在著明顯的集體流效應,預示著粲夸克可能在QGP物質(zhì)中已達到熱平衡。實驗結(jié)果顯示粲夸克的各種觀測量與輕夸克以及奇異夸克之間并沒有特別大的區(qū)別,這不禁讓人產(chǎn)生一個問題,粲夸克作為QGP物質(zhì)的探針是否合適,其重量是否足夠大,在未來我們是否需要需要一些新的、更重的探針,例如底夸克?
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O572.33
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本文編號：1263473