（粒子物理与原子核物理专业论文）相对论重离子实验中的mrpctof研制.pdf

摘要： 相对论重离子物理是当今人类对物质世界进行研究的最前沿。人类对宇宙的总体特征 以及质量起源等系列重大问题的认识被确信与物质相变有关。在极高的温度、密度状态 下，核物质将发生夸克胶子等离子体( q g p ) 的相变。这一过程与大爆炸理论预言的宇宙 在最初的1 0 巧s 内发生的相变过程相同，但方向相反。对夸克。等离子体状态的研究需要具 有相当高的能量的大型强予对撞机来实现。美国布鲁克海文国家实验室( b n l ) 的相对论 重离子对撞机( r h i c ) 和c e r n 的大型强予对撞机( l h c ) 的建设，为相对论下重离子 对撞物理的研究提供了强有力的工具，能够达到或超过理论模型预言的相变发生的临界温 度( 1 7 0 m e v ，相应的能量密度为。1 g e v f m d ) ，使得对粒子物理模型的验证和发展更进 一步的理论成为可能。 相对论重离子对撞将产生大量的末态粒子，这对探测器系统的粒子鉴别能力提出了新 的挑战。在r h i c s t a r 和l h c a l i c e 探测装置上，都将采用飞行时间探测器( t o f ) ， 通过对粒子飞行时间的测量，结合其它探测器给出的粒子动量信息，来提高粒子鉴别的能 力。作为飞行时间探测器，首先要具有很高的本征时间分辨和探测效率，同时必须能够在 对撞产生的高粒子通量环境下工作而性能不会降低。传统的解决办法是使用快闪烁体+ 光 电倍增管的方案。由于相对论重离子对撞实验的高粒子多重数( s t a r 实验为每单位快度 。1 0 0 0 个末态粒子，a l i c e 实验预计每单位快度可达到8 0 0 0 个末态粒子) ，即对探测器的 粒度和读出电子学通道提出了大量要求。能够在探测器所处的强磁场环境下工作的光电倍 增管价格昂贵，大量的探测通道加大了建造成本的压力，使得这种闪烁体+ 光电倍增管方 案几乎不可能。为了实现重离子对撞物理实验中对粒子鉴别的要求，研制新型的高分辨的 t o f 探测器，人们开展了大量的研究，提出了一些新思想和新方法，特别是将气体探测器引 用到t o f 中的新模式，为进一步拓宽气体探测器的应用领域，提高t o f 的性能价格比提 供了一条新途径。近年来一种具有悬浮电场内部结构的多气隙电阻板室( m u l t i g a pr e s i s t i v e p l a t ec h a m b e r s ，简称m p r c ) 使研制这种新型的高时间分辨t o f 成为可能。 对具有平行板结构的气体探测器而言，减小板间的气隙以减小雪崩发生的嗣4 间随原初 电离位置的变化，可以提高探测器的时间分辩。在这方面人们对各种结构的气体探测器开 展研究，如小间隙多丝室( m g c ) 、电阻板室( r p c ) 等。但是减小气隙使得原初电离离 子数目和电子的漂移距离减小，从而探测器输出的感应电荷减小。以大面积的r p c 为例， 气隙减小到l m m ，工作在正比模式下，对最小电离粒子，时间分辨达到几百p s ，其输出电 荷仅为几十f c ，信噪比很低am r p c 采用多个子气隙的结构特点较好地解决了上述问题， 探测器最终输出的信号是各个子气隙中感应信号之和，降低了对电子学灵敏度的要求，同 时也充分提高了探测效率。美国布鲁克海文国家实验室( b n l ) s t a r 实验组计划用4 0 0 0 多 块类似结构的m r p c 建造飞行时间谱仪( t o f ) ，预计造价约是相同指标的常规闪烁体一光 电倍增管t o f 的1 5 1 1 0 ；在c e r nl h c 上的a l i c e 实验也将采用大面积的m r p c 建 造飞行时间探测器，在 2 个快度单位的接受度上提供0 5 g e v c 到2 5 g e v c 动量范围内的 粒子鉴别。 在这篇论文中，综述了a l i c et o f 和s t a rt o f 组对m r p c 工作原理和性能进行的 研究，给出了理论计算和实验测试得到的结果。 通过对单c e l l 结构，多c e l l 读出m r p c 和双层结构的m r p c 模型进行的实验研究表 明：其时间分辨和探测效率可以满足t o f 探测器的物理需求，但要将其应用到大面积的 t o f 上，有必要对其进行进一步的优化。 通过对m r p c 的工作机理的模拟研究，得到了m r p c 的电荷谱分布。与实验结果的 对比证明：m r p c 的探测效率、计数率能力、边界上的性能与电荷谱分布紧密相关。空间 电荷效应的引入，揭示了m r p c 在较高的工作电压下仍工作在雪崩区而不发生流光的根本 原因。气隙宽度在2 2 0 2 8 0 p m 的范围内，m r p c 的性能变化不大。虽然气隙宽度变大，气 隙问的电场降低，相应的t o w n s e n d 系数变小，但是雪崩发展经历更长的距离，抵消了 t o w n s e n d 系数变小引起的总雪崩电荷数的变化。这为m r p c 的制作工艺提供了指导，批 量生产可以在较大的气隙公差下进行，而不会对总体的性能产生影响。 为了提高m r p c 在读出条边界上的性能，研究了电极材料表面电阻率对性能的影响， 因为雪崩电荷的“f o o t p r i n t ”会随着电极电阻率的下降而增大。实验结果表明，大于1 m d d 口 的表面电阻率可以有效减小“f o o t p r i n t ”的大小，从而提高了边界上的性能。 电子学系统对提高m r p c 性能的重要作用。参加了a l i c e t o f 放大甄别( a s i c 芯片 n i n o ) 电路的设计和测试_ ：_ = 作。采用这种为m r p c 专门制作的放大甄别芯片，结合h p t d c 数据获取系统，可以更加充分的发挥m r p c 的性能。使用信号的时间宽度( t o t ) 代替信 号0 鬲度进行时间晃动修正，简化了测试系统，并没有对性能结果产生影响。参考c e r n 的 a l i c e t o f 组研制的方案，设计和制作了前端电子学电路。 对m r y c 的制作工艺进行了优化。为了得到更加一致的性能，针对m r p c 中用作气 隙间隔的鱼丝的走向问题进行了研究，测试了采用不同的鱼丝走向的m r p c 的性能。采用 错开的锯齿形走向，在没有影响探测效率的情况下，时间分辨得到了提高。对高压的连接 和使用的材料进行了研究对比实验的结果表明，采用导电的胶水代替双面胶碳膜进行高 压连接，探测效率和时间分辨性能都有明显提高。 为了对m r p c 的计数率能力进行研究，在c e r n 的g i f 柬流上进行了专门的测试。 测试发现，在实际工作的高电场强度下，m r p c 的电阻板材料电阻率比在实验室中测试的 结果降低了l ，4 ；通过把测试中的y 通量等效为带电粒子通量得到了m r p c 的计数率能力 可以达到l k h z c m 2 。 在对m r p c 的性能充分了解的基础上，试制了一种位置灵敏的m r p c 实验原型，并 对其性能进行了柬流测试。在沿着和垂直于m r p c 的读出条方向的位置分辨分别达到 45 m m 和l6 r a m 。利用这种结构的m r p c ，首次对雪崩电荷“f o o t p r i n t ”的大小进行了定 量的测试。这一工作进一步增进了对m r p c 工作机制的了解，同时为m r p c 的应用开辟 了新的空间。 作者先后参加了s t a r t o f 和a l i c e f r o f 纽m r p c 研制工作，对m r p c 的工作机制， 尤其是针刺其在飞行时间探测器上的具体应用，进行了大量的r & d 工作。剥m r p c 制作 t 艺的研究和优化、计数率能力的测试、位置灵敏的m r p c 的制作和测试、雪崩电荷 “f o o t p r i n t ”的测量是作者的主要工作。其中位置灵敏的m r p c 是国际上首次开展这方面 的研究。 a b s t r a c t ： r e l a t i v i s t i ch e a v yi o np h y s i c sh a sa l w a y sb e e no n eo ft h em o s tf o r w a r dn a t u r es t u d yo ft h e w o r l d g l o b a lf e a t u r e so fo u ru n i v e r s ea n dt h eo r i g i no fm a s sa r eb e l i e v e dt ob el i n k e dt ot h e p h a s et r a n s i t i o n so fm a t t e r a te x t r e m e l yh i g ht e m p e r a t u r eo rd e n s i t y ，t h en u c l e a rm a t t e rw i l l t r a n s i ti n t oq u a r k - g l u o np l a s m a ( q g p ) s t a t e t h i st r a n s i t i o nt o o kp l a c es o m e1o sa f t e rt h eb i g b a n gi nt h ee a r l yu n i v e r s ei na ni n v e r s ed i r e c t i o n t os t u d yt h ep h y s i c so fq u a r k - g l u o np l a s m a n e e d sl a r g eh a d r o n i cc o l l i d e r so fe x t r e m e l yh i g he n e r g y t h ec o n s t r u c t i o n so ft h er e l a t i v i s t i c h e a v yi o nc o l l i d e r ( r h i c ) a tb r o o k h a v e nn a t i o n a ll a b o r a t o r y ( b n l ) a n dt h el a r g eh a d r o n c o l l i d e r ( l h c ) a tc e r np r o v i d ep o w e r f u lt o o l sf o rt h es t u d yo ft h eu l t r a - r e l a t i v i s t i ch e a v y - i o n p h y s i c s t h e ya r ee x p e c t e dt or e a c ho re v e ne x c e e dt h ec r i t i c a le n e r g yd e n s i t y ( e e lg e v f i n 一， c o r r e s p o n d i n gt oat e m p e r a t u r eo f 17 0 m e v ) p r e d i c t e db yt h et h e o r e t i c a lm o d e l s t h u so n ec a n c h e c kt h ee x i s t i n gp a r t i c l ep h y s i c sm o d e l sa n dd e v e l o pn e wp h y s i c st h e o r i e s i nt h e s er e l a t i v i s t i ch e a v yi o nc o l l i s i o n s ，m a s sf i n a ls t a t ep a r t i c l e sw i l lb ep r o d u c e dw h i c h m a k e sg r e a tc h a l l e n g et ot h ep a r t i c l ei d e n t i f i c a t i o no ft h ed e t e c t o r s at i m e - o f - f l i g h t ( t o f ) d e t e c t o rw i l lb eu s e db o t ho nr h i c s t a ra n dl h c a l i c et oe n h a n c et h ep a r t i c l ei d e n t i f i c a t i o n c a p a b i l i t yw i t ht h em e a s u r e df l i g h tt i m ea n da l s ot h em o m e n t u mi n f o r m a t i o nm e a s u r e db yo t h e r s u b d e t e c t o r s a sad e t e c t o rf o rt h et o fm e a s u r e m e n t i ts h o u l dh a v eag o o dj n t r i n s i ct i m e r e s o l u t i o na n dah i g hd e t e c t i o ne f f i c i e n c yo fa l l ；i ts h o u l da l s oe n d u r et h eh i g hf l u xo fp a r t i c l e s p r o d u c e di nt h ec o l l i s i o n sw i t h o u ta n yl o s si np e r f o r m a n c e at r a d i t i o n a ls o l u t i o ni sb a s e do nt h e f a s ts c i n t i l l a t o r sa n d g o o dp h o t o m u l t i p l i e rt u b e s ( p m t ) ：t h eh i g hm u l t i p l i c i t yo ft h e u l t r a r e l a t i v i s t i c h e a v y i o nc o l l i s i o n sr e q u i r e sah i g hg r a n u l a r i t yo ft h ed e t e c t o ra n dal o to f e l e c t r o n i c sc h a n n e l s t h ep m t sc a nw o r ku n d e rt h eh i g hm a g n e t i cf i e l do ft h ed e t e c t o rr e g i o n a r ee x t r e m e l ye x p e n s i v e t h et o t a lc o s tw i l lb ee x t r e m e l yh i g hf o rt h el a r g en u m b e ro fd e t e c t i o n c h a n n e l s a 1 lt h e s ef a c t si n d i c a t et h a tt h es c i n t i l l a t o r s + p m ts o l u t i o ni s i m p o s s i b l e t of u i f i l lt h e p a r t i c l ei d e n t i f i c a t i o nr e q u i r e m e n ti nh e a v yi o nc o l l i s i o n s ，al o to fs t u d yh a sb e e nt a k e nt om a k ea n e wt y p eo fd e t e c t o rw i t hh i g ht i m er e s o l u t i o na ta c c e p t a b l ep r i c e s o m en e wi d e a sa n dm e t h o d s h a v eb e e nc o n s i d e r e d t h ei n t r o d u c t i o no fg a s e o u sd e t e c t o r si n t ot h i sa r e ao f f e r san e wa c c e s st o d e v e l o ps u c hat o fd e t e c t o ra n do p e n san e wa r e af o rt h eu s eo ft h eg a s e o u sd e t e c t o r s an e w k i n dm u l t i 。g a pr e s i s t i v ep l a t ec h a m b e r ( m r p c ) w i t hi n t e r n a lp l a t e se l e c t r i c a l l yf l o a t i n gm a k e s i tp o s s i b l et oc o n s t r u c ts u c hah i g ht i m er e s o l u t i o nt o fs y s t e m f o rag a s e o u sd e t e c t o rw i t hp a r a ll e lp l a t e s t r u c t u r e ，t h er e d u c t i o no ft h eg a sg a ps i z ec a n r e d u c et h et i m ej i t t e rr e l a t e dt ot h ep o s i t i o no ft h ep r i m a r yi o n i z a t i o n ，t h u st h et i m er e s o l u t i o ni s e n h a n c e d s o m ek i n d so fg a s e o u sd e t e c t o r sh a v eb e e nc o n s i d e r e ds u c ha st h em i c r o g a dc h a m b e r ( m g c ) ，t h er e s i s t i v ep l a t ec h a m b e r ( r p c ) ，e ta 1 b u tw i t ht h es m a l l e rg a ps i z e t h el l u n - i b e ro f p r i m a r yi o n i z a t i o na n dt h ed i s t a n c et h a tt h ee l e c t r o n sd r i f tt h r o u g ha r er e d u c e d t h i sl e a d st oa r e d u c t i o no ft h ei n d u c e dc h a r g e f o rt h el a r g ea r e ar p c sw o r k i n gu n d e rp r o p o r t i o n a lm o d e ， w h e nt h eg a sg a pr e d u c e dt olm m ，o n ec a ng e tat i m er e s o l u t i o no fs e v e r a lh u n d r e dp i c o s e c o n d s f o rt h em i n i m u mi o n i z a t i o np a r t i c l e s ( m i p s ) ，b u tt h eo u tp u tc h a r g ei s o n l yl - 10 f ca n dt h e s i g n a l n o i s er a t i oi se x t r e m e l yl o w m r p cs o l v e dt h i sp r o b l e mb e c a u s ei th a ss e v e r a ls u b - g a p s t h ef i n a lo u tp u t s i g n a li st h es u mo fa l lc h a r g ei n d u c e di na l l s u b - g a p s 1 1 1 i sr e l a x e st h e r e q u i r e m e n tf o rt h ee l e c t r o n i c sa n dt h ee f f i c i e n c yi s a l s oe n h a n c e d t h es t a rg r o u pa tb n l p l a n st oc o n s t r u c tat o fd e t e c t o rw i t ha b o u t4 0 0 0s u c hm r p c s a n dt h ec o s tw i l lb eaf a c t o ro f 5 l0l o w e rt h a nt h es c i n t i l l a t o r s + p m ts o l u t i o nw i t ht h es a m ec h a r a c t e r i s t i c t h ea l i c e e x p e r i m e n ta tl h cw i l la l s ob u i l tl a r g ea r e ao fm l 冲ct o ft oi d e n t i f yp a r t i c l e sw i t h i n0 5 t o 2 5 g e v cw i t hc o v e r a g eo f - 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2 8 0 9 m w i t ht h eg a ps i z ei n c r e a s i n g ，t h ee l e c t r i cf i e l d d e c r e a s e da n dt h et o w n s e n dc o e f f i c i e n td e c r e a s e dt o o ；b u tt h ea v a l a n c h eh a sal o n g e rd i s t a n c et o d e v e l o pm o r ee l e c t r o n s t h i s e f f e c tc o u n t e r a c t st h ec h a n g eo ft o t a le l e c t r o n sd u et ot h e d e c r e a s i n go ft o w n s e n dc o e f f i c i e n t t h i sr e s u l ti s ag u i d el i n ef o rt h ea s s e m b l yo fm r p co na “r e l a x e d ”t o l e r a n c eo fg a ps i z ew i t h o u tc h a n g i n gt h ep e r f o r m a n c e i no r d e rt oe n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo nt h ep a db o r d e r , r e s e a r c hw a sc a r r i e do u tt os t u d yt h e r e l a t i o r tb e t w e e nt h er e s i s t i v i t yo ft h ee l e c t r o d e sa n dt h e “f o o t p r i n t ”o ft h ea v a l a n c h ec h a r g e t h e t e s tr e s u l ts h o w st h a t ，m r p ch a se l e c t r o d e sw i t hr e s i s t i v i t yo v e r1m d 3g e n e r a t e sas m a l l e rs i z e o ft h ec h a r g ef o o t p r i n ta n dt h ep e r f o r m a n c eo nt h ep a db o r d e ri sb e r e t t h ee l e c t r o n i c ss y s t e mi sv e r yi m p o r t a n t ih a v et a k ep a r ti nt h ed e s i g na n dt e s tw o r ko ft h e f r o n te n de l e c t r o n i c si na l i c et o fg r o u p t h i se l e c t r o n i c si sb a s e do nt h en i n oa s i ca n d u s e da sa na m p l i f y i n ga n dd i s c r i m i n a t i n gc i r c u i tf o rt h em r p co u t p u ts i g n a l w i t ht h i sc u s t o m c h i p sf o rm r p ca n dt h ed a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e do nt h eh p t d cc h i p s ，t h ee x c e l l e n tt i m i n g p r o p e r t i e so fm r p cc a nb ef u l l ye x p l o i t e d u s i n gt h et i m e - o v e r - t h r e s h o l d ( t o t ) i n s t e a dt h e a m p l i t u d e f o rt h es l e w i n g c o r r e c t i o n ，t h ec o m p l e x i t yo ft h es y s t e mi ss i m p l i f i e db u t t h e p e r f o r m a n c e sa r en o tc h a n g e d f o l l o w i n gt h eg u i d eo f a l i c et o fg r o u p ，a ne l e c t r o n i c sc a r df o r m r p ct e s tw a sd e s i g n e d s o m eo p t i m i z a t i o n sa r et a k e no nt h ea s s e m b l yt e c h n i q u e so fm r p c t og e tm o r eu n i f o r m p e r f o r m a n c e ，ih a v es t u d i e dt h ep o s i t i o n i n go ff i s h i n gl i n ew h i c hi su s e dt og e n e r a t et h eg a sg a p s i v - t h ep e r f o r m a n c e so fm r p ca s s e m b l e dw i t hd i f f e r e n tf i s h i n gl i n ep o s i t i o n i n gw e r et e s t e d w i t h t h es t a g g e r e dz i g z a gf i s h i n gl i n er o u t e ，t h et i m er e s o l u t i o nw e r ee n h a n c e dw i t h o u tc h a n g ei n e f f i c i e n c y ih a v ea l s os t u d i e dt h ec o n n e c t i n go ft h eh i g hv o l t a g eo n t ot h ee l e c t r o d e s t h et e s t r e s u l t ss h o wt h a t ，u s i n gt h ec o n d u c t i v eg l u ei n s t e a dt h ed o u b l es i d ea d h e s i v et a p e ，t h ee f f i c i e n c y a n dt i m er e s o l u t i o na r eb o t he n h a n c e de v i d e n t l y t og e tt h er a t ec a p a b i l i t yo fm r p c ，s p e c i a lt e s tw a s p e r f o r m e do nt h eg i ft e s tb e a mf a c i l i t y a tc e r n i tw a sf o u n dt h a tt h eb u l kr e s i s t i v i t yo ft h eg l a s sp l a t er e d u c e db yaf a c t o ro f4w h e n i h eg l a s si si no p e r a t i o ni n s i d et h em r p c a f t e re q u a t i n gt h ef l u xo fg a m m a st oaf l u xo fc h a r g e d p a r t i c l e s ，w eg e tt h er a t ec a p a b i l i t yo fm r p ci sa b o u t1k h z c m 2 w i t ha l lt h eu n d e r s t a n d i n go fm r p c ，ap o s i t i o ns e n s i t i v em r p cp r o t o t y p ew a sc o n s t r u c t e d a n dt e s t e dw i t hb e a mf a c i l i t y , t h es p a t i a lr e s o l u t i o ni s4 5 m ma l o n gt h er e a d o u tp a d sa n d1 6 m m p e r p e n d i c u l a rt ot h er e a d o u tp a d s ，r e s p e c t i v e l y u s i n gm r p co fs u c hs t r u c t u r e ，t h e “f o o t p r i n t s i z eo ft h ea v a l a n c h ec h a r g ew a sm e a s u r e df o rt h ef i s tt i m ei nt h ew o r l d t h i sw o r ki m p r o v e st h e u n d e r s t a n d i n go ft h ew o r k i n gm e c h a n i c so fm r p ca n do p e n san e w a r e af o rt h eu s eo fi t it o o kp a r ti nt h ew o r ka tb o t hs t a r t o fa n da l i c e t o fg r o u pt os t u d yt h em e c h a n i c so f m r p c ，e s p e c i a l l yf o rt h eu s a g eo ft i m em e a s u r e m e n tp u r p o s eo nt o fd e t e c t o r s al o to fr & d h a sb e e nc a r r i e do u td u r i n gt h i sp e r i o d t h eo p t i m i z a t i o n so nt h ea s s e m b l yt e c h n i q u e so fm r p c ， t h et e s to fr a t ec a p a b i l i t y ，t h ed e v e l o p m e n ta n dt e s to fp o s i t i o ns e n s i t i v em r p ca n dt h e “f o o t p r i n t ”m e a s u r e m e n t ，e ta 1 ，a r et h em a i nr e s e a r c hw o r kd u r i n gm yp h ds t u d y t h ep o s i t i o n s e n s i t i v em r p cj st h ef i r s tr e s e a r c hi nt h ew o r l d 一v - 绪论 绪论 在最近的这十几年里，高能物理已经建立和验证了关于基本粒子和他们的基本相互作 用的理论一标准模型，尽管这个模型还不完善。把标准模型应用和扩展到复杂的和在有限 尺度内动态发展的系统，是相对论重离子物理的研究方向。从基本粒子物理的微观规律出 发，研究和理解包含许多自由度的集体现象和宏观属性，尤其是通过研究在极高密度和温 度条件下的核物质属性，是重离子物理实验研究的重要课题。 由标准模型格点q c d 预言的现象的最显著的一个例子，就是在特定的能量密度下量子 场中相变的发生。这对我们现阶段理解低能下的标准模型结构和早期宇宙的发展都是至关 重要的。根据大爆炸理论，宇宙通过极快的膨胀和冷却，从最初的极高温度密度状态发展 到现在的状态经过系列的相变。我们宇宙的总体特性，例如重子的不对称性或大尺度结 构( 星系的分布状态) ，被确信与这种相变特性有联系。在标准模型的框架中，相变的发生 包括基本量子场，本质上与自然的基本对称性的破缺有联系，因而也与质量的起源有联系。 总的来说，这个理论在高能密度一f ：f i 效的本征对称，在低于特定的临界能量密度下发生破 缺。粒子的组成成分和粒子的质量的起源是这种对称性破缺机制的一个直接结果。根据量 子色动力学( q u a n t u mc h r o m od y n a m i c s ，q c d ) 1 ，2 】一强相互作用的理沦的格点计算， 预言了在临界温度1 7 0 m e v ，相应的能量密度为。l g e v f m 。时，核物质经历一次相变进入 到夸克胶子的解禁闭状态 3 ，4 】。并且，手性对称得到近似的恢复，而裸夸克的质量比它 们在强子态中的有效质量要小。 在极端相对论重离子对撞实验中，人们希望能达到或超过临界能量密度。，从而能够 实现q c d 相变。重离子物理长期的主要目标就是探索强相互作用物质的相变图，来研究 q c d 相变和夸克胶子等离子体状态物理。然而，重离子对撞所形成的物质态经历一个很 快的动态发展过程，从最初的极端状态到最终的稀释的强子态。理解这种快速发展的状态 要面临比探索q c d 平衡态的更大的理论挑战。它提供了一个机会，来更深一层的发展和i 验证从基本粒子物理、核物理、平衡和非平衡热力学以及流体力学等各学科交叉的概念。 然而，在标准模型的预言和重离子实验能够观测到的物理量之间，到目前为止，仅存 在少量的观测量。因此，当前重离子对撞的许多集体性行为的表现和宏观属性的复杂性需 要求助于有效地物理描述和实验手段。这些途径包括：从理想化模型，像流体力学那样， 定义的多粒子动态范围，详细的蒙卡模拟，以及依据模型建立不同的微观图像等。近年来， 人们热衷的一些理论途径( 例如，格点q c d ，直接取自于基本的q c d 拉格朗日方程) ，及 其他的一些途径( 如，并不仅取决于标准模型拉格朗日方程的模型参数) ，提供了研究集体 运动现象的起源的强有力的工具。这些理论的预言和它们的不确定性，以及在多大范围内 理论可以与实验数据进行比较，决定了重离子实验的物理方向。目前世界上正在建造的两 个大型实验装置r h i c 5 】和l h c 6 】，代表了相对论重离子对撞实验的研究方向。 r h i c 上的s t a r 7 ，8 探测装置，设计用来在重核子对撞的复杂环境中观测新的现象。 它最主要的特性是具有全方位角的接收度和大跨度的中心快度区间，以出色的径迹重建和 粒子鉴别能力来测量产生的大量粒子。s t a r 将致力于寻找夸克胶子等离子体 相对论重离子实验中的m r p c t o f 研制 ( q u a r k g l u o np l a s m a ，q g p ) 构成的信号，并对在高能量密度下的强相互作用物质的行为 进行研究。s t a r 的探测器结构如图0 1 所示。s t a r 实验最初的设计包括高分辨的径迹探测 器、触发探测器和电磁量能器。量能器处于0 5 t 的螺线管磁场内。这个螺线管磁场为径迹 测量、动量分析和利用电离能损鉴别粒子提供一个均匀的磁场。径迹探测器包括一个硅顶 点探测器( s v t )