（粒子物理与原子核物理专业论文）lhcalice实验中的光子强子关联测量及碎裂函数研究.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s r s 摘要 在现代自然科学研究中，一项极具挑战性的研究目标是在最小尺度上探索物质 的构成。一种描述基本粒子与作用力的理论，现在大家称它为标准模型，假定物质 的基本结构是由夸克和轻子通过规范粒子的相互作用而组成的，认为组成物质结构 的最小单元是夸克( u ，d ；c ，s ；t ，b ) 、轻子( e ，蚝；p ，；7 ，圻) ，以及传递相互作用 力的媒介子，即玻色子( 士和z o ) ，胶子( 9 ) 和光子( 7 ) 。基本作用力根据规范粒子 的不同划分为电磁相互作用，弱相互作用和强相互作用。正是这些基本粒子和相互 作用力构建了亚原子世界。然而，这个理论并不十分完备，因为它依然无法解释某 些基本的问题，比如：基本粒子质量的起源、宇宙的真实真空、以及宇宙中物质远 比反物质多的问题。 随着2 0 0 8 年大型强子对撞机( l h c ) 的运行，我们有望进一步触及这些问题。特 别是，位于欧洲核子研究中心( c e r n ) 的加速器将实现前所未有的t e v 能区下的高 能重离子碰撞实验( a l i c e ) ，其目的在于研究高温高能量密度的极端条件下强相互 作用的基本性质及其物理真空。而且，它还将探索基本粒子的夸克胶子自由度问 题：夸克胶子等离子体( q g p ) 。 李政道先生早在1 9 7 4 年就提出： “说t t ，o 仳磁6 ei 佗t e r e s t 伽gt de 印z d 他佗e 伽p 危e 一 仃d 7 n e 佗o6 yd z s t n 6 u z i 7 姆九i 9 e 扎e 田可d r 细 死让c z e o rd e 礼s i t 秒o e r7 1 f n 抚钞e f yf o ，可e o 扛 牡m e s ”。他认为在高能重离子碰撞中热密物质将以q g p 的形式存在，那时夸克将 不再禁闭在普通强子物质内，而真空中的手征对称性也将得到( 部分) 恢复。极端相 对论重离子物理，作为一个应用标准模型于有限体积复杂演化体系来检验李政道预 言的一门学科，因此诞生。 基于量子色动力学( q c d ) ，利用格点计算方法，人们成功预言了夸克从禁闭的 普通强子物质中退禁闭到q g p 相的临界温度。实验上，该临界温度首先在c e r n 、：西百= 1 7 2g e v 下的s p s 重离子碰撞实验中达到。进而在美国布鲁海文国家实验 室( b n l ) 运行的质心能量、厣丙丙= 6 0 一2 0 0g e v 下的相对论重离子对撞机( r h i c ) 实 验中，证实了从强子物质到夸克物质的相变能在高温高密条件下发生。通过比较 质子一质子碰撞和核一核碰撞的测量结果，一些能够预言q g p 形成的探针被找到。 例如：s p s 能区下的j 妒压低，奇异粒子产额增强，r h i c 能区高横动量粒子谱的压 低，反映部分子集体运动效应的椭圆流等。尽管q g p 形成的证据尚需更大统计量 事例和更高能区实验结果的证实，目前的实验数据分析结果显示，夸克胶子等离子 体这种新物质相能够在高温高能量密度下形成，在r h i c 上观测到的这种新物质相 更多的表现为强相互作用下的理想液体，不同于理论预言的自由气体。 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s c e r n l h c 将提供质心系能量、厮= 5 5t e v 的重离子碰撞，该能量接 近r h i c 碰撞能量的3 0 倍，它将允许在更高温度下形成的热密q c d 物质持续更 长时间。另外，l h c 能区的重离子碰撞诱导产生的硬散射过程更加丰富，这些敏 锐的硬探针将提供t e v 能区下细致研究q g p 性质的机会。比如，在核一核中心碰撞 中高横动量强子产额的压低和背对背喷注之间的关联消失。正在建造并将于2 0 0 8 年 投入运行的a l i c e 探测器就是为了更加系统的测量核一核碰撞中产生的末态粒子， 由此反映碰撞初期出现的热密物质相的性质。特别是，通过测量相空间中强子谱的 改变，可以研究硬散射部分子在穿越密度物质时的能量损失效应及碎裂函数性质。 在重离子碰撞中，由于喷注淬火效应，硬散射过程产生的大横动量部分子穿越密度 物质时会因为多重散射而损失能量，导致高横动量的强子产额减少，低动量强子数 目会增多，引起强子谱在相空间中的重新分布。因此，通过测量核环境下部分子的 碎裂函数( f f ) ，即测量部分子喷注产生的强子携带喷注动量份额z = 册。硝的分 布函数，将真空中的碎裂函数( 质子一质子碰撞或核一核边沿碰撞中的碎裂函数) 与被 介质修正后的碎裂函数( 核一核中心碰撞下的碎裂函数) 分布进行比较，就可以推断 核一核碰撞中的密度物质及其性质。 作为a l i c e 实验的合作者，本论文作者一直致力于a l i c e 极端相对论重离子碰 撞实验中光子探测及物理分析任务的前期研究，为a l i c e 实验数据分析方法的建 立和密度物质性质的探寻贡献了不可缺少的一份力量。本论文主要目的是利用光 子一强子的关联测量研究部分子的碎裂函数，即通过测量高能直接光子与散射到光 子背面强子之间的关联来研究喷注的碎裂函数。高能直接光子在碰撞初期的硬散射 过程中直接产生，主要来自康普顿散射( 9 9 _ ，y q ) 和湮灭过程( q 虿一7 9 ) 。由于光子 的平均自由程很大，在碰撞区域内和其他粒子只有电磁相互作用，因此光子携带了 它们初始产生时刻的信息。而与该光子产生于同一硬散射过程的部分子会碎裂为末 态强子，通过对强子的测量，就能获得部分子在穿越密度物质后的信息。将产生于 同一事件中的光予和强子关联，我们就能得到密度物质作用于部分子喷注上的效 应。然而，在碰撞中来自强子和中性介予( 主要是7 r o 和叼) 的衰变光子是直接光子信 号提取过程中的主要背景，因此光子信号的提取在本工作中显得至关重要。在本论 文中，我们研究了质心系1 4 t e v 下质子一质子碰撞中直接光子强子的关联分布及真 空情形的部分子碎裂函数，该测量作为核一核碰撞中的基线测量是必须的。核一核碰 撞中的关联测量及碎裂函数的研究将是本工作的下一步，介质效应可以通过比较两 种碰撞系统下的喷注碎裂函数的修正项得到。 本论文着重开展如下两方面的工作。首先，研究a l i c e 实验中光子谱议( p h o s ) 在 探测和鉴别光子时的性能表现。p h o s 是一种高能量和位置分辨率的电磁量能器， 其接受度范围7 7 = 0 2 4 ，= 1 0 0 。由于有限的接受度，在碰撞过程中产生的某 些光子落在p h o s 模块的边缘使得沉积在晶体上的能量不能获得完整的重建，这些 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 光子将不能被p h o s 正确探测到。利用a l i c e 实验模拟和数据分析软件a 1 i r d o t 进 行模拟，我们得到，由于p h o s 探测器的边缘效应，光子探测效率会降低约1 0 。 同时，光子在穿越位于p h o s 之前的其它探测器时与探测器物质发生相互作用而使 光子转换成正负电子对n _ e + e 一) 。模拟结果表明，不同探测器对光子探测效率的 影响程度不一样。例如，光子在时间投影室( t p c ) 和内部径迹系统( i t s ) 的转换几 率约为1 0 ，而在跃迁辐射探测器( t r d ) 和时间飞行探测器( t o f ) 中的转换几率接 近2 0 。 该工作的第二部分，主要聚焦在硬散射过程中的光子一喷注测量，论文着重研究 了p h o s 对能量高于2 0 g e v 的光子的性能表现，以很好的区分硬散射过程产生的直 接光子和来自强子衰变的大量背景光子，从而计算直接光子的探测和鉴别效率。 为此，我们对a l i c e 探测器作了完整的模拟，两种类型的事件被产生。一种事件 是，在每个碰撞事件的部分子硬散射过程中，一个高能光子产生于康普顿散射过 程或湮灭过程，我们称该类型事件为，y _ ，e 痔件；另一种情形是，在硬散射过程中 两个部分子碎裂成背对背喷注，其中一个部分予碎裂成喷注时产生一个高能7 r o ， 此过程称为，e t j e 淳件。两种事件均是通过对a l i r d o t 软件环境中的p y t h i a 产生 器选择不同的硬散射过程实现。在模拟事件中，我们限制触发粒子7 ( 在7 _ j e t 中) 或7 r o ( 在j e t _ j c t 中) 散射在p h o s 接受度内。鉴别方法的性能研究表现为直接光子的 鉴别效率和衰变光子误判为直接光子的几率。其中鉴别过程分为两步。首先，通过 量能器上形成的簇射形状分析，对称的簇射形状标记为直接光子，不对称的椭圆形 状表示衰变光子。该方法能够很好的排除衰变光子但对于高能衰变光子不够有效。 因此，基于瞬时直接光子的运动学信息，本文探索了孤立截断的方法。在硬散射过 程中直接光子的产生是孤立的，与直接光子不同的是，衰变光子将被部分子碎裂的 强子包围。利用光子周围的不同强子行为，采用孤立截断方法，我们能够有效的扣 除被误判为直接光子的衰变光子，降低污染效率，得到一个相对纯净的直接光子 源。 利用簇射形状分析和孤立截断方法得到的直接光子，通过建立光子和所有的 带电强子之间的方位角关联，我们发现，在州e t 事件中存在明显的背对背关联， 但没有与光子同向的关联。而在j e t _ j e t 事件中，同时存在近端( n e a rs i d e ) 关联和远 端( f a rs i d e ) 关联。 为研究部分子的碎裂函数，我们构造了光子一强子之间的非平衡分布。基 于给定的运动学条件，光子背面的强子与光子之间动量的非平衡变量磊- h = 一西。而，j 礼i 。与领头阶运动学条件下q c d 理论计算的碎裂变量z 等价，这种等 价性在如下运动学条件下成立： 所有强子必须源于一个硬散射的部分子碎裂( 钆 噼a q c d ) ；在核一核碰 撞中应排除伴随事件中的软粒子贡献； v 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 直接光子必须是从部分子的硬散射过程中直接产生幻， 魁a q c d ) ，而 不是从喷注碎裂而来； 磊_ h 与z 的等价范围由给定光子和强子的动量截断值决定。因此，为了得到最 大限度的等价性，光子和强子的动量截断值应该是非对称的 霉p 嚣) 。 实验上，对运动学约束条件的选择也需充分考虑到能够获取数据的统计量以及采用 孤立截断方法鉴别直接光子的效率。在a l i c e 实验中，合理选择光子能量的截断 值约为一2 0g e v ，强子动量的截断尽可能避免软过程区域( 卯 2g e v c ) ，可以扣除测量过程中的背景粒子，从而减少系 统误差。 为了证实该测量的有效性，本文进一步估计了在l h c 质子一质子运行一年的 统计误差以及来自衰变光子污染的系统误差。同时，通过验证研究，证实了非 平衡分布是对喷注碎裂函数的一个很好近似，其中喷注的碎裂函数是通过事件 产生器p y t h i a 中的喷注寻找算子u a l 计算理想的碎裂函数得到。结果显示， 在= 1 4t e v 的质子一质子碰撞中，采用r 强子关联方法测量的非平衡分布与部 分子喷注碎裂函数在z = 0 1 2 0 7 5 的范围内一致。 利用光子一强子关联方法研究碎裂函数，极大的降低了在标准喷注算法下对喷注 能量范围的限制，显著提高了事件统计量，增加了观测结果的可信度。因此，光 子一强子关联测量是实验上研究碎裂函数的黄金探针，该测量在l h c a l i c e 实验 上是可行的。 关键词：大型重离子对撞实验( a l i c e ) ，夸克胶子等离子体( q g p ) ，喷注，瞬 时光子，孤立截断，关联测量，碎裂函数 a b s t r a c t w i t ht h ea d 、伦n ti n2 0 0 8o ft h el a r g eh a d r o nc o u i d e r ( u 玉c ) ，t h en 哪a u c c e l - e r a t o ra tc e r n 而l lc o l l i d eh e a 盱i o n sa t 伽【p r e c e d e n t e dh i g he n e r 酉e s u 8 i n gt h i s 唧e r i m e n t a jf 如i h t y ，t h ea l i c ec o l l a b o r a t i o n 而us t u d ym a t t e ru n d e re 蕊r e m cc o n - d i t i o 璐o fe 皿e r g yd e 璐i t yo p e 血gn e w 孙陀m l e 8f b rt h e 衄d e r s t a n d i h go ff 乜1 d a m e n ：t a l p r o p e r t i e so ft h es t r o n gi n t e r a c t i o na n di t sv a 屺u u m i np a r t i c l l l a r ，i t 诵ue x p l o r et h e p r 叩e r t i e so fp r i m o r d i a lm a t t e rw h i c hd e g r e e so ff r e e d o m 盯eq u a r l 【sa n dg l u o n s ：t h e q u a r k g h l o np l a s m a i nt h ep r e s e n tt h e s i s ，ip r e s e n tac o n t r i b u t i o nt ot h ec o l l a b o r a t i o n 而d ee f f 6 r ti n p r e p a u r i n gt h ec h a l l e n g i n gt 嬲ko fd a t aa n 出y s i sa n di ns e l e c t i n gt h em o s t 印p r o p r i a t e p r o b e sc 删n g r e l e v a n ti 6 r m a t i o no nt h ep r 叩e r t i e s0 ft h ei n e d i u mc r e a t e di nu l t r a r e l a t i v i s t i ch e a 盱i o nc o l l i s i o 璐ih a v es e l e c t e dh i g hm o m e n t u mj e t s 嬲at o m o 口印m c p r o b eo ft h em e d i u m ： t h eo b s e n ，如l ei st h ec o 玎e l a t i o no fl l i g h - m o m e n t u md j r e c t p h o t o nw i t hh a d r o n se m i t t e di nt h eo p p o s i t ed i r e c t i o n i nt h i sm e a s u r e m e n t ，o f t e r e f e e dt oa st h eg o l d e np r o b e ，t h e 血e c tp h o t o i sam e 嬲u r eo ft h ei 1 1 i t i a l le n e r 盯o f t h ep a r t o n ，c r e a t e db yt h es a m eh 缸dp r o c e 船a st h ep h o t o ni nt h ei 1 1 i t i a l ls t a g eo ft h e c o u i s i o n ，a n dt h eh a 山o n s ，b e i n gt h e 丘n 以s t a t ep a r t i c l e so ft h e 丘a 9 1 i l e n t i n gp 砒o n ， m e a s u i et h ep a r t o na r e ri th a st r a e r s e dt h em e d i u m 1w i ur e p o r to nt h e 丘r s tp a r to fm y t 嬲k ，n a m e l yt h ev 甜i d a t i o no ft h ed i r e c t p h o t o n h a d r o nc o r r e l a t i o no b s e n ，a b l ei np r o t o n p r o t o nc o l l i s i o 璐t h i sm e a s u r e m e n ti s m a n d a t o 珂嬲i t 丽us e r v e 嬲ab a s el i n ef o rt h es 锄em e a s u r e m e n ti nh e a 咿i o n c o l l i s i o n s m e d i u me 髓c t sm o d i f 姐n gt h ej e tf a g ：n l e n t a t i o np r o p e r t i e s 祈ub er e v e a l e d b yc o m p a r i n gt h es a m em e a u s u r e m e n t 丽t ht h et w oc o u i s i o n 盯8 t e i n s f o r 也i sp u r p o s e ， t h ed e t e c t i o na n di d e n t i 丘c a t i o np e r f o r m a n c e so fd i r e c tp h o t o n sh a eb e e ns t u d i e di n f e a td e t a l i l s t h es y s t e m a t i ce r r o r sh a v eb e e ne v a l u a t e d ，i np a r t i c l l l a rt h o s ed u e t ot h el 盯g ep h o t o nb a c k 日o u n dg e n e r a t e db yt h ee l e c t m m 马g n e t i cd e c a yo fn e u t r a l m e s o l l s t h es t a t i s t i c a le 玎o r sh a eb e e ne s t i m a t e db a s e do nt h en m i l i n gc o n d i t i o n i nas t a n d 盯do p e r a t i o ny e a ro ft h el h c a ut h es t u d i e sh a eb e e np e r f o r m e d 五m m o n t e - c a r l og e n e r a t e dd a t a ic o n c l u d em yw o r kb yv d i d a t i n g ，缸s t ，t h em e t h o di np 州幽唱a na c c u r a t e m e 嬲u r e m e n to ft h e 丘a g m e n t a t i o nf u n c t i o na n d ，s e c o n d ，b yd 以i l i n gu 刀【d e rw h i c h k i n e m a t i c a l lc o n d i t i o 瑚t h em e a s 咖e n ti sf b a s i b l e 埘t ha l i c e f b rc o m p l e t e 强s ，ih a 耽d i s c 璐s e dt h eo b j e c t0 fm yp e r s o n a lw o r ki n 址l eg e n e r a l 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s c o n t e 赋o fo u rc u e n tl 【n o w l e d g eo np 毗i c l ep h y s i c sa n di nt h em o r ep 哦i c l l l a r c o t e ) to fh e a 严i o np h y s i c s t h i 8 m r kw a ss t 缸t e d 七w oy e a r sa g ow i t ht h es t u d yo f t h er e s p o 璐eo f t h ea l i c e p h o t o ns p e c t r o m e t e r ，p h o s ，a n do fi t sp e r f 6 r m a n c e 诵t hr e s p e c tt op h o t o ni d e n t i - f i c a t i o n d u r i n ga4m o n t h ss t a ya tc e r na sas u m m e rs t u d e n ta n dg r e a te 饪6 r t s i nt h e s et w oy e a r s ，ih a ea c c o m p l i s h e dm o s to ft h ew o r ko nt h ec o r r e l a t i o ns t u d i e 8 t h el a t t e rg a m er i s et oa na r t i c l ew h i c hh a sb e e ns d b m i t t e dt ot h ee u r o p e a nj o u r n a l l o fp h y 8 i c sc i ( e y w d r d s ：a l i c e ，q u a r k g l u o np l a s m a ( q g p ) ，j e t ，p r o m p tp h o t o n ，i s o l a t i o nc u t ，i 如【b a l a n c ed i s t r i b u t i o n ，行a g ：m e n t a t i o nf h c t i o n l i s to ff i g u r e s 2 1 ：吼ep o s ed i 0 9 ，咖巧 o d r 0 礼t c7 7 j o t t e r 口曰 9 2 2 2 现ee d 阮t i d 珏d ，ke 礼e 哪可如n s i 勿埘饶t e m p e m t u 他p 他出c 甜6 y 三口扣 抚c eq c 叨口名e r d6 0 叫d 礼c e m i c o fp d 把n 既口f 口弘 1 0 2 3 刃l e 印口c e 既价ee 秽d 阮t i d 仃吖。他z o 挽历s 统c 阢咧i d 礼c d z 如i d 佗o c c d r d i 叼 t ob j 0 代e n1 2 0 j 3 1 先o s 牡r 耐矽p r d 砒c i d n 可匏z 出礼d r m n 娩谢幻琥ee 印e c t 缸咖e z d s 一 s 让仇i 叼t 九耐饶ed 竹冶s d 让r 盯s t 正即他s s i d 礼妇z 九ed r d 饥口阿n 6 s d 印一 t i d 死廖砑 - 1 6 3 2 讹阮s t m 礼班6 口硝d 死e 砒。仃c e m e 疵化z 口挽t ，e 幻p ac d z 玩毹d 舢，oa 佗c 缸。礼盯p 矶t c 劾8 他z s 饥t 危ec 。z 庇s i 。钆 孤em 挽。妇d 咖甜。s ， 叫九e 他心口妇k 礼让m 6 e r 盯s t 化伽ep n n i c z e s 概a bc d f 如s i d 扎s ，p p 6 话 e 竹让m 6 e r 巧s r n r w ep 口n i c z e si ，善p p 6 c d 2 2 i s i d 舰so 礼dj 、7 二 ti st 九e 佗让，n 6 e r 西p 仉i c 咖。礼扎让c 2 e d ，玉s 删 ， 1 7 3 3 d i r e 以p ，善d t d 住印e c 化仇m e 口s 牡他dn t 饶e 卵s 饥p 6 p 6c d z 如s i d 仃s 耐 丽= 1 5 8g e y 叻饶e1 分碍9 占f 2 口6 d 他统d np u 刃沈d a t o 话c d m - p o 蒯dp 代疵c 挽d 船如冼e k 仃n 口：印e c 讹m 加仇口q g p 帆d 加m 口 d t 九a d r d 扎夕d s ，觎d dp ( 歹dp 他d i c t t d 7 坫o ，冼ep r d 印tp 危d t d 礼s 】，e c 打m 7 n 1 8 3 4 日却统c 月d 叫耽如rm e s d 邶彻矗 口d m 佗s 耐p o n o 疵cf e 口e z 饥a 让十a 让 c d z 如s i d 仃so 丽= 2 0 0g eym s 钍他d 叻p 珊互? 7 声刀以乞削伽矗 s 张冗占可佃九砂e z p e n m e n t s 1 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 5 & 九e 仇口挽c 优e 叫d ，p 口n d 礼s 妣：一哪伽 眈口卵肌c d z 如s i d 册觑f 印 j 讹r n e ，t t d d 口乱口r j bc d z 跣d en 佗dp r o d c e 叫d 礼e 叫p 口n d 几st 九口zz d d s ee 扎- e 叼! 饥船m e 疵让m6 剪r 0 出口t i 7 姆夕地d r 坫；饶e 剪ne s c 印e ，i r d mt 危e 佗u c f e 盯m e 击让m 肌d 九口d 彻佗娩ei m d 歹e 括 血z 九e 啊9 胁- r 0 仇e ，口夕比d 佗 弘口础s c 口e 砌wp r d 也c e snp 加d 扎彻，d 口弘o r 磅冼e 砷d d 扎e s c 印e s 伽乱九d 钆zi m e r 口c t i 叼洲l e 他o s 饶e 弘。心s 幼琶r s 口ne n e r 夕秒一2 d s s 也et dt 危e m e 垅乱m 膨铆 2 0 3 6 兄“o so 丘n c 统d n 船如r 出他c t 仉丌0q 礼dc 口叼e d 耽d r d 礼s z c 乱z 口t 甜 6 1 ，p h 明w xo 佗d 9 7 h rc d f f 0 6 d r 0 抚d 孔饥a 让a uc e 佗z m zc d z 玩觚d 礼s 心 2 1 3 7 d i s 唧e o m n c e 巧6 0 c 缸t d - 6 0 c 七j e 括讥c e 死化fa 钍手a c d z 屁s i d n sn t 兄酊c 心彰 p 乞俐，谢l e 他饶e 硎鲫e r 口以o s s d c i o t 甜p 口n i c 2 e s 讥p t 他唧4 船( t r i g ) 6g e v 压。竹d2g e 毗 册( a s s o c ) p r ( t r i g ) 他印e c 伽e 匆 a n d 他o p p e n m 佗c e 盯t 九e6 0 c 缸t d 一6 0 c 七歹e t 户剐f n 夕 砂叫i 沈琥es o m et 绣9 9 e r ，r6 u zf d 叫e 7 s d c i o t e dp rp o n i c z e s ( 4 p r ( t r i g ) 6g ei 厂co n d o 1 5 2 0g e 跏， 船h 2g e 跏c 以c u z n z 缸饥p r d d 扎叩r 口t d 竹c d f 跣s i d 册以居= 1 4 死y 加mp y t 日：纠夕e 扎e r 凸z 甜 知位e 一仇订dd o t o 7 kd o z op d i 他t s 砸冼e r - r d r6 n r sr 印r e s e 仃幻饶e d t 口f 印e c 讹mn j 酣p 玩s 扣j e te t ，e 佗t 砂嬲乱 叫讲6 em s 仳他吐九ee 肿r s6 0 r s 唧化s e m 冼es t o i s 挽c 口ze 肿r s 盯忱e m e 让他仇e n 饥d 琥e 町e do r d 似佗d 眈d 口纪p d 饥sr 印7 1 b s e 礼缸忱e s 秒s z e m 口t i ce 舢倦d 让et o 饶e 歹e j 酣p 危d d n s 死d tp r i d p e 订可i d e n z 访e d 2 流e c d 扎z 疵6 让抚d 竹，r d 仇弘t 母tp d d 粥扣2 d s e dc i r c z e 砂帆d 歹而仇冼e 牡佗如r - 冶i 7 we e m 似d 伽t 叫n 祀s 打i 0 7 姆f e 砂。化也印f o y e d 叫e 2 f 口纠 6 2 6 4 研；e 他抚d 可他c d 舢化c t e ds 匆礼0 2 九口d r d 几s 歹r d m 如t 打叼m e 礼n 抚d 礼亡o 6 n c 幻r d 让礼d 危o d r d ，硌，而m ”扎d e 订暑，i 7 we e 佗幻i n ，y j e ze 秽e 佗幻2 现es d 拓d e 妇。五tt d 饶ed o op d i 竹幻 6 2 6 5 p 危d t d 礼一c 九口r 9 e dc d n t f 口抚d n 加mf 园岔3o n d 加9 7 n e 耐。抚d 礼如礼c 抚d n 牡死6 i e d6 y 饶ed e t e c t d r 5 他印d 佗s e 伽矗z c 让f 以耐加m 冼epy z h 酗 9 e 礼e 他t e d 如礼t e 一仇订d ，y e ze 秽e 礼如：玎沈d o t op d i n 幻r 印化s e 佗s 编e 西舶o f n 钆c e 出s 舌n 6 t 正抚d 住口钆矗琉e 九话t 叼m mf 印r e s e 仳s 纸e 打叼饥e 仇t o t i d 礼 丘礼c 抚d 礼佗d ，。凸屁z e d dt 砘i m 6 0 z o n c e 以s 洲6 钍托d 死饥饶em 叼ez = 0 1 0 8 6 4 6 6 研l es z 0 p e sc 口2 c u ：8 缸，r o mf i g 6 5 饥冼er n 叼ez = 0 1 加9 伽i 琥讥t 五e s t e p 名= 0 1 ，冼es o i s z i c 耐e 仃d re s i m n t e dd 也n 礼夕饥ec n z c 让f o t d 佗 6 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：毛巫曼日期：肛子年r 月厂日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 学位论文作者签名：乞歪量 吼掰朋新 本人已经认真阅读”c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交”c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按 章程中的规 定享受相关权益。同意论文提交后滞后：口半年； 学位论文作者签名：乞互星 指导 日期：加黔r 月彩日 日期 = ： 项士学位论文 m a s t e r st h e s i s 致谢 时值本文完成之际，回首华师经年，由年少一路走来，受益良多，感慨万千。 校园之景四季迭换，令人记取，校园之人来来往往，使人感动，更忆师长学友，点 滴教诲和丝丝关怀，无不教人深刻于心。没有他们，这篇论文将无法完成。 首先感谢我的导师周代翠教授。周老师渊博的专业知识，活跃的学术思想，令 我受益匪浅。研究生学习两年来，周老师给予我十分宽松的学术环境，传授我作学 问、作科研的方法，培养了我独立思考和解决问题的能力。他殷切的教导深深的影 响了我并引我走上了科研的道路，他谦虚谨慎的工作作风和热情和蔼的为人处事态 度一直都是我学习的榜样。感谢客座教授国外导师y v e ss c h u t z 教授，他循循善诱 的教导和不拘一格的思路给予我无穷的启迪，他严谨务实的治学态度、敏锐的物理 直觉深深感染着我。两位导师在专业上给予我细致入微的指导，让我在不知不觉中 体会到做物理的乐趣，让我领悟到这无限复杂而丰富多彩的物理现象背后蕴藏着简 单的物理规律，同时也为能窥探到这个世界背后的一点点规律而感到高兴。在学习 条件上他们给予我最大限度的帮助和支持，生活上给予我无微不至的关心和帮助。 可以说，我的点滴进步都凝聚着老师辛勤的汗水。 就读于华师，屈指己六年。在这六年中，得遇多位良师，实是幸甚之至，他们 的学养让我收益终生；他们的治学态度，值得我终生学习。感谢实验室的蔡勖教 授，他为我们创造了一个良好的学习环境。感谢徐春成副教授和殷中宝副教授在工 作中给予的帮助和指导，他们严谨的科研精神是我学习的典范。感谢刘连寿教授， 李家荣教授，王恩科教授，刘峰教授，杨纯斌教授，吴元芳教授，候德富教授，感 谢刘复明副教授，周代梅副教授的授课和指导。感谢高燕敏老师，刘海涛老师及刘 超老师给我们提供了各方面的便利和帮助。 感谢g l l s t a v oc o n e s ab a l a b s t r e 博士，f r a n c i o sa r l e o 博士，y l l r ik h 缸l o v 博士 的热心讨论和耐心帮助。感谢在c e r n 和南特大学期问m i c h e l l ec o n e r ，l 锄i a b e n h a b i b 及所有a l i c e 成员对我的关心和帮助。 感谢室友徐桂芳，武萍萍，熊娟及好友李娜娜在我极其郁闷时给以鼓励和帮 助。感谢向文昌，丁亨通，王亚平，朱励霖，马科，万仁卓，袁显宝，杜佳欣，郑 华，金丹，张晓明，王梦亮，朱祥荣，尹轩等粒子所所有同学给我的帮助，是他们 让我度过了人生中美好的一段时光。 最后，感谢家人对我漫漫求学路的理解和支持，他们的爱是我最大的财富和动 力，是我心灵深处最坚实的支柱，是我学习和生活的坚强后盾，是我永远的避风港 和面对一切不如意的力量来源。 谨以此文献给关心、爱护我的家人、师长和朋友! c h a p t e r1 i n t r od u c t i o n u n d e r s t a n d j n gt h en a t u r eo fm a t t e ri so n eo ft h em a j o re n d e a 、，i o u ro fm o d e m s c i e n c e t h ef u n d 锄e n t a lq u e 8 t i o 璐a r e ：w h a t 缸et h ee l e m e n t a r yb l o c l 【sw l l i c hm a t t e r i 8m a d eo fa n dw h a ta u r et h ep r o p e r t i e so ft h ef u n d 锄e n t a l lf o r c e sw h i c ho r g a 血z e m a t t e r t h es t a n d 盯dm o d e l ( s m ) o fe l e m e t a 巧p a r t i c l e sa n df o r c e sd e s c r i b e st h e o r g a n i z a t i o no ft h es u k a t o m i cw o r l db ya 瑚w e r i n gt h 伪eq u e s t i o i l s 【1 ，2 】：i ) a l lm a t t e r i t h eu i l i v e r s ei sm a d eo f1 2p a r t i c l e s ，s i ) 【q u a r k sa n d s i ) 【l 印t o n s ，a n di i ) t h e s e p a r t i d c si t e r a c tt h r o u g ht h r e e d r c e s ，t h es t r o n g ，t h ed e c t r o m a g n c t i ca n d t h ew e a k f o r c e i t h es e c t o ro ft h es t r o n gi 1 1 t e r a c t i o n ，q u a n t 吡c h r o m od y l l a m i c s ( q c d ) i s t h eu n d e r l y i n g6 e l dt h e o r y 3 】 w h i l e 唧e 血n e t a l i s 七sw e r ec o n c e n t r a t i n go ns m a u e ra 耐s m a l l e rs c a l e s ，t s l u l 分 d a 0l e es u g g e s t e di n1 9 7 4 【4 】t h a t ”旌叫d 让掘6 ei 礼t e 化s t 饥夕幻e 印f d 代礼e 伽p e 扎d m e 死o 6 可以s t 盹6 钆t 初q 9 危i g e 冗e 叼9 秒d r 匆九n 让c z e d rd e 佗s i 剪d 钉e r ， e f n t i 口e 幻z n 7 夕e 钞d 玩7 n e s ，- h es a wt h ep o s s i b i h t yt or e s t o r eb r o k e i l 嗲m m e t r i e 8o ft h ev a u c u u m 龇l dt oo b s e r v e i nc o l l i s i o n so fh e a wn u c l e ih o ta n dd e n s eq c dm a t t e ri nt h ef o r mo faq u 靠k - g l u o np l a s m a ( q g p ) ，w h e r eq u a r l 【sa r en ol o n g e r 血n e di i l s i d eh a d r o l l s 【5 】u l t r a - r e l a t 硫t i ch e a v y _ i o np h y s i c sw a st h u sb o m 丽t ht h ea i mo f 印p l y i n ga n de 妯e n d i n g t h es t a n d a r dm o d e lt oc o m p l e xa n dd 妒1 a m i c a l l ye 、r 0 1 、r i n gs y s t e m so ff i i l i t es i z e a r e rm o r et h a n3 0y e a r so fi i l t e n s er e s e a r c hi nt h e6 e l d ，t r e m e n d o u sp r o g r e s s h 踮b e e na u c m e v e db o t hh o mt h e o r e t i c a l la n de x p e r i m e n t a l 印p r o a u e h e s d e t a i l e da n d q u i t ea u c c u r a t eq c