LHC/ALICE实验稀有粲强子测量的可行性研究

论文摘要

根据格点量子色动力学（Quantumchromodynamics,QCD）计算,在超相对论重离子碰撞中会产生解色禁闭的新物质形态夸克和胶子（夸克-胶子等离子体,QGP）。—系列重离子加速器SPS,RHIC和LHC上进行的多次测量也发现,在超相对论重离子碰撞中确实产生了QGP物质。对于当前的研究而言,所面临的问题不再是证明QGP的存在,而是对其特性进行系统而深入的研究。重味物理的研究能够帮助我们了解QGP的性质以及重味夸克在产生的介质中所经历的过程。重味夸克（粲夸克和底夸克）产生于高能重离子碰撞初期的初态硬部分子散射过程,其形成时间早于QGP的形成时间,并且由于他们质量很大,穿越QGP时产生和湮灭的速率很低。因此,重味夸克可以作为探针,穿过热密介质与QGP的部分子相互作用而损失能量。在LHC上铅-铅碰撞中,对开粲/底强子产额的测量能够帮助了解重夸克在介质中的输运和能损机制。在质子-质子碰撞中,对重夸克末态产物的测量可以用于检测微扰量子色动力学（pQCD）计算,在质子-铅核碰撞中,重味强子的产额与冷核效应（Cold Nuclear Matter effects,or CNM）有关,冷核效应包括胶子饱和,遮蔽效应,kT扩宽（kT broadening）以及在冷核物质中的能量损失。在ALICE探测器上,对开粲/底强子的测量可以是通过测量非奇异D介子,Ds+介子和Λc+衰变道衰变出来的末态粒子,开粲和开底强子和（?）c0在中心快度区半轻子衰变道衰变出来的电子,以及这些粒子在向前快度区半缪子衰变道衰变出来的缪子。通过对比质子-质子和铅-铅碰撞产生的Ac+和（?）c0的产额可以揭示在没有热密QGP介质存在的情况下粲夸克的强子化机制。核-核碰撞中重味强子微分散射截面谱以及方位角各向异性流的测量都能够有助于理解系统的性质。各向异性流的研究依赖于粒子出射方位角分布的傅立叶展开的系数vn。各向异性流的测量能够很好的说明QGP是强耦合的接近于完美流体的介质,而不是气体介质。研究重味强子的椭圆流v2能够帮助限制夸克其依赖于路径长度（path-length dependence）的能损机制。在LHC能量下的半中心铅-铅碰撞中观测到开粲强子的椭圆流大于零。这表明重夸克在大快度区间范围内,在解禁闭的QCD介质中发生了强相互作用,并且参与了介质的集体流运动。最近研究发现,在小系统中,如质子-质子和质子-铅核碰撞中,观测量的演化行为与铅-铅碰撞中的很相似,这很大程度上暗示了小系统中也存在集体流效应。为了进一步探索质子-质子和质子-铅核碰撞中观察到的集体流效应的来源,我们可以采用事件形状工程（Event Shape Engineering,or ESE）的方法。ESE方法能够将碰撞中发生的软和硬过程联系起来,使得我们可以研究它们之间的相互作用,用于理解重夸克与系统的耦合效应以及在系统中的热化情况。本工作利用LHC/ALICE实验的中心区探测器和V0探测器,通过强子衰变道研究了质子-铅核碰撞中重味强子Λ以+的原始产额分布;利用第五次升级的ALICE探测器中的ITS探测器测量稀有粲强子Ωccc,对新升级的ITS探测器的测量精度进行了相关研究。另外,本文还对质子-铅核碰撞中末态粒子方位角分布各向异性参量进行了刻度和研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 工作基础
•   1.1 QGP的理论介绍
•     1.1.1 量子色动力学
•     1.1.2 强相互作用等离子体
•   1.2 重离子碰撞
•     1.2.1 QGP的演化
•     1.2.2 重味物理
•     1.2.3 流物理
• 第二章 实验装置
•   2.1 大型重离子对撞机（ALICE）
•     2.1.1 内部径迹探测器
•     2.1.2 时间投影室
•     2.1.3 V0探测器
•     2.1.4 飞行时间探测器
•     2.1.5 第五次ITS升级
•   2.2 从探测器信号到粒子
• 第三章 分析方法与研究成果
•   3.1 奇异开粲强子信号提取的研究
•     3.1.1 介绍
•     3.1.2 BDT原理
•     3.1.3 衰变变量
•     3.1.4 BDT的分析方法
•     3.1.5 信号提取
•   3.2 质子-铅核碰撞末态粒子各向异性参量的刻度与研究
•     3.2.1 介绍
•     3.2.2 ESE事件选择
• 2的修正'>    3.2.3 q₂的修正
•     3.2.4 结果
•   3.3 多重味重子态产额谱的蒙特-卡洛模拟
•     3.3.1 介绍
•     3.3.2 AliRoot框架
•     3.3.3 数据的产生
•     3.3.4 事件重建
•     3.3.5 结果
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周颖洁

导师: 张晓明,周代翠

关键词: 大型重离子碰撞实验,相对论重离子碰撞,夸克胶子等离子体,强子谱,提升决策树,各向异性参量,的第五次升级

来源: 华中师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,核科学技术

单位: 华中师范大学

分类号: O571.6

总页数: 60

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