（粒子物理与原子核物理专业论文）rhic能区高横动量jΨ的产生.pdf

摘要 摘要 宇宙大爆炸理论认为在宇宙形成的最初阶段存在一种极其特殊的物质形态 一夸克胶子等离子体( q g p ) 。格点量子色动力学预言在高温和低重子密度的条件 下会产生从普通的强子物质到这种夸克解紧闭、局部达到热平衡的夸克胶子等离 子体的相交。位于美国布鲁克海汶国家实验室( b n l ) 的相对论重离子对撞机 m i c ) 是目前最高能量的重离子对撞机，其通过极高能的重离子束流对撞来寻找 q g p 并研究其特性。在这种解紧闭的物质中，粲夸克和其反夸克组成的束缚态吵 中夸克和反夸克之间的作用力会由于色荷的德拜屏蔽而降低从而使得竦缚态 不复存在。因此，滩相对论重离子对撞中产额的抑制是q g p 形成的一个非常 重要的信号。 然而，除了色荷屏蔽会造成滞产额降低外，还有一些其它的效应会造成类 似的影响。例如，c e r n s p s1 7 3g e v 铅核铅核对撞中观测到的m 产额抑制 的程度随着动量的增加而减少的趋势可以用滞形成时间这一初始状态的效应 来解释。在更高能量一r h i c 能区的2 0 0g e v 金核金核和铜核一铜核对撞中，尽管 r h i c 能区产生的物质的能量密度要高得多，低横动量的l f ，白勺产额抑制和 c e r n s p s 的测量结果非常类似。可能的解释是：1 ) r h i c 能区产生的热化的粲夸 克及其反夸克在热力学冻结附近会再组合成枞而部分抵消由于色荷屏蔽造成 的产额的抑制：2 ) 目前观测到的滞抑制都来自高阶的粲夸克和其反夸克的束 缚态例如矿7 和肠，c e r n 和r h i c 产生的物质的温度都能使得这些态分解而都不能 使得直接产生的盼解。对于高横动量的j 少其再组合产生的比重会与低横动 量有所差异，更重要的是，最近的a d s c f t 理论计算表明直接产生的滞分解 温度会随着动量的增加而减少。在5g e v 尼以上，；f ，的分解温度会降低到r h i c 达到的温度。因此高横动量的珀勺测量能对滞产额抑制机制的研究以及q g p 的寻找和特性的研究提供独特而又极为重要的帮助。 事实上，在澉发现的2 0 多年后，人们对其产生机制依然不是非常清楚。 目前人们认为其可能的来源为：1 ) 通过色单态或是色八重态的粲夸克和其反夸 克对的直接产生；2 ) 部分子的碎裂过程：3 ) 高阶粲偶素和b 粒子的衰变。目前 没有任何一个模型能完全解释基本粒子对撞中产生的曲勺特性。质子质子和原 子核对撞产生的高横动量的滞测量会给j 枷产生机制的研究提供额外的信息。 本文在r h i c 能区首次测量了高横动量征2 0 0g e v 质子质子和铜核铜核 对撞中的产生。我们通过沙嘲+ p 。来重建彬其中一个高能的电子由电磁量能 器触发。该触发系统能大大提高高能电子的产额从来提高记录到的亮度。对于这 种电子，我们通过综合利用时间投影谱仪测量到的电磁能损( 班沈酗和电磁量能器 摘要 提供的总能量以及电磁簇射的形状来鉴别。该种鉴别方法高效地提供很纯的高能 电子样本。对于另外一个电子，我们挑选能量稍微低一些的可以直接由时间投影 谱仪单独鉴别的电子以提高重建效率。通过这种重建方法，我们得到了高信噪比 的、高横动量的肌并进而得到了其微分产生截面，和模型其进行了比较，测 试了x 7 标度。我们发现横动量高于5 g e v c 的满循斯标度，其指数为刀= 5 6 o 2 。而低横动量的斌背这标度，该发现表明，尽管低横动量的汹然来源 于硬过程，但是软过程能会影响滞产生。 我们发现铜核铜核对撞中弘，冉勺核修正因子兄鲥随着横动量的增长而增长。 其在5 g e v 尼以上的平均值为1 4 0 4 0 2 。这表明萨额没有抑制，与a d s c f t 的理 论预言正好相反。而2 c o m p o n e n t 模型能解释这一趋势。 由于高信噪比，我们在r h i c 能区首次测量了高横动量帅带电强子之间的 方位角关联。我们发现在高横动量潲近几乎没有带电强子产生，这与强子强 子的关联结果完全不一样。通过与模型作比较，我们得到了在高横动量区，召介 子对总的i 瑚贡献为1 3 5 。 关键词：沙高横动量，夸克胶子等离子体，重离子对撞 i i a b s t r a c t a b s t r a c t 彳q “口，。缸g ，甜d 疗尸伽册口( q g p ) i sb e l i e v e dt oh a v ee x i s t e db e f b r et h eu n i v e r s ec o o l e d a n d 疔e eq u a r k sa n d g l u o n sc o m b i n e di n t op r o t o n sa n dn e u t r o n s ，w h i c h 也e nb o u n d t o g e t h e ft 0f o n n1 i 曲tn u c l e i l a t t i c eq c d c a l c u l a t i o n sp r e d i c tap h a s et m s i t i o n 舶m h a d r o n i cm a t t e rt ot h ed e c o n f i n e da n dl o c a l l yt h e m a l i z e dq g ps t a t ea th i g h t e m p e r a t u r ea n ds m a ub a 巧o nd e n s i 哆t h er e l a t i v i s t i ch e a v yi o nc o l l i d e r ( r h i c ) i s b u i l tt 0s e a r c hf o rt h eq g pi nl a b o r a t o r ) rt h r o u g ht 1 1 el l i 曲e n e r g yh e a v yi o nc o l l i s i o n s s u p p r e s s i o no ft h cc - b o u n ds t a t e ym e s o np r o d u c t i o ni nr c l a t i v i s t i ch e a v y - i o n c o l l i s i o n sa r i s i n g 舶m yd i s s o c i a t i o nd u et oc o l o rs c r e e i l i n go ft h ec _ b i n d i i l g p o t e n t i a li nt h cd e c o n f i n e dm e d i 吼h a sb e e np r o p o s e d 髂as i g i l a t l 】r eo fq g p f i o n 卫a t i o n b e s i d et h ec o l o rs c r e e n m ge f i e c t ，o t h e rm e c h a n l s m sm a yc o n t n b u t et ot l l e l ；f ，s u p p r e s s i o ni nh e a v y - i o nc o l l i s i o n s f o re x 锄p l e ，t h ed e c r e a s i n g ys u p p r e s s i o n w i t hi n c r e a s i n gp r o b s e e d 访p 6 + p 6c o l l i s i o n sa t1 7 3g e va tc e r n - s p sc a nb e e x p l a i n e db yi i l i t i a ls t a t ee f - f e c t so ff i n i t e 5 f ，f b n n a t i o nt i m ea 1 1 dm e f i i l i t es p a c et i m e e x t e n to f t h eh o td e n s em e d i 眦a th i g h e r b e 锄e n e r g y ，r h i co b s e e ss i m i l a r ys u p p r e s s i o na tl o w e rp r a t2 0 0g e va u + a u a n dc u + c uc o l l i s i o n sw i t ht h a ta t c e r n s p s ，e v e nt 1 1 0 u g ht h ee n e r g yd e n s n yi ss i g n i f i c a n th i 曲e ra ti m i c n i sm a y b ed u et ot h ec o u n t e r - b a l a n c i i 培o fd i s s o c i a t i o nb yt h er e c o m b i n a t i o no ft h e n n a lca r l d 1 ci nt l l em e d i u m ，、) v _ h i c ha r ea b u z l d a j l ta tl l i g h e re n e r g y t h es t r o n gs u p p r e s s i o no f n o n - p h o t o n i ce l e c t r o n s 丘o mh e a v y - f l a v o rd e c a yo b s e e da tr h i cs u g g e s t st h a tt l l e ym a y b ea l s os u p p r e s s e dd u et ol o s se n e r g ) ri nt h em e d i u mi fi t sf b m a t i o n p r o c e e d st h r o u g hac h a n n e lc a r e n gc 0 1 0 r t h em e d i u mg e n e r a t e di nr h i ch e a v y i o nc 0 1 l i s i o n si st h o u g h tt ob es t r o n g l yc o u p l e d ， m a k i n ga c c u r a t cq c d c a l c u l a t i o n so fq u a r k o l l i 啪p r o p a g a t i o nd i m c u l t 7 1 1 1 e a d s ，c f td u a l i t ) ，f o rq c d l i k et h e o r i e sm a y p r o v i d ei n s i g h ti n t oh e a v y f e r m i o np a i r p r o p a g a t i n gi nas t r o n g l yc o u p l e dl i ( 1 u i d o r l es u c hc a l c u l a t i o np r e d i c t st 1 1 a tt 1 1 e d i s s o c i a t i o nt e m p e r a t l j r ed e c r e a s e s 埘t hi i l c r e a s i n g f ，p r ( o rv e l o c i 啪t h e t e m p e r a t u r ea c h i e v e da tr h i c ( 1 5t c ) i sb e l o w t l l i sd i s s o c i a t i o nt e m p e r a t u r ea tl o w y ，a i l da b o v ei ta t 5g e v 尼c o n s e q u e n t l y ，5 6 ，p r o d u c t i o ni sp r e d i c t e dt ob e l i i a b s t r a c t m o r es u p p r e s s e da t1 1 i g hp 7 ，i nc o n t r a s tt ot h es t a i l d a r ds u p p r e s s i o nm e c k m i s m t l l i s p r e d i c t i o nc a nb et e s t e dw i t l lm e a s u r e m e n t so f y o v e rab r o a dk i n e m a t i cr a n g e ，b o t h i np + pa n dn u c l e a rc o l l i s i o n s t h ei n t e 印r e t a t i o no f 吵s u p p r e s s i o no b s e r v e da tt h e s p sa n db ym ep h e n i xc o l l a b o r a t i o nr e q u i r e su n d e r s t a 芏1 d i n go ft h eq u a r k o n i u m p r o d u c t i o nm e c h a n i s m si nh a d r o n j cc o l l i s i o n s ，w t l i c hi n c l u d ed i r e c tp r o d u c t i o nv i a g l u o nf h s i o na n dc o l o r o c t e t ( c o ) a r l dc o l o r s i n g l e t ( c s ) 仃a n s i t i o n s ，a sd e s c r i b e db y 卜b n r e l a t i v i s t i cq u a n t u mc h r o m o d y n a m i c s ( n r q c d ) ；p 矾o n 触g m e n t a t i o n ；a 芏l d f e e d d o w nf 1 0 m1 1 i 曲e rc h a n n o n i u ms t a t e s ( ) c g 吵( 2 j s ) ) a n dbm e s o nd e c a y s n o m o d e la tp r e s e n td a l yf h l l ye x p l a i n st h e ys y s t e m a t i c so b s e e di ne l e m e n t a 巧 c 0 1 1 i s i o n s i c ，m e a s u r e m e n t sa th i g h 节r b o t l li n 矿pa n d i m c l e a rc o l l i s i o n sm a y p r o v i d ea d d i t i o n a li n s i g h t si m ot h e b a s i cp r o c e s s e su n d e r l y i n gq u a r k o n i u m p r o d u c t i o n i nt h i st h e s i s ，w er e p o r t st h em e a s u r e m e n to f yi nh i 曲栅l s v e r s em o m e m u m i n p + p a n dc u + c uc o l l i s i o n sa t k = 2 0 0g e va ts t a r t h ei n c l u s i v ec r o s ss e c t i o n a l l d 鲈曲a d r o nc o r r e l a t i o l l sa r ep r e s e n t e d t h el l i 曲哕7 j yi sr c c o n s t m c t e dt h r o u 曲t h e y 卯。c h 锄e l ( b r a n c h i n gr a t i o2 5 9 ) o n ee l e c t r o nd a u g h t e ri st r i g g e r e do l l l i n eb ym e b a r r e le l e c t r o m a g n e t i c c a l o r i m e t e r b yr e q u i r i n gi t sd e p o s i te n e 唱ya b o v ec e r t a i nt l l r e s h 0 1 d t i l i st r i g g e r e i l r i c h e st h eh i g hp 7 e l e c t r o ns 锄p l e t h ee l e c t r o ni d e m i f i c a t i o nf o rt h i st r i g g e r e d e l e c t r o ni sp r o v i d eb yt h ec o m b i n a t i o no fi o i l i z a t i o ne n e r g yl o s s 胡孤奴m e a s u r e db y t h et i m ep r o j e c t i o nc h 锄b e r ( t p c ) ，s h o w c re n e 唱ym e a s 眦d b yt h eb e m c 觚d s h o 、rs h 印em e a s l l r e db yt h eb a r r e ls h o 、张rm a x i m u md e t e c t o r ( b s m d ) i t sp u r i t ) r i s 7 0 w i t hh i g he 伍c i e n c y t h eo m e re l e c t r o nd a u g h t e rh a sn ob e m ct r i g g e r r e q u i r e m e n t ni si d e n t i f i e db yu s i n gt h e 棚办a l o n e t h i s y 抛+ p 。r e c o n s t r u c t i o n m e t h o da l l o w su st om e a s u r e m e mt h e 杪p + p 。a tl l i g hp 7 p 7 5g e v 0 埘t hg o o d s i g m lt ob a c k g r o 吼d ( s b ) r a t i o t h e 吵哦十p 。c r o s ss e c t i o na th i 曲节7 i se x t r a c t e d u s i n gr h i c2 0 0 5 却a n d c u + c ud a t aa i l dr h i c2 0 0 6 巾d a t a ，孤dc o m p a r e d t o m o d e lc a l c u l a t i o n s i t sx 7 s c a i i n gb e h a v i o ri sa l s ot e s t e d w ef o w l dt h e y 嘭p 。 p r o d u c t i o ni n 矿p c o i l i s i o n so b e y 薪s c a l i n ga tp 7 5g e 、乃0w i t hp o w e rv a i u e 珂25 6 0 2 t h el o wp r ys i g n i 矗c a n t l yd e v i a t e s 丘1 0 mt h e 新s c a l i n g ，s u g g e s t i n gt h es o 最 p r o c e s sc o u l da f f e c lt h e yp r o d u c t i o na tl o w a a l t h o u 曲i tm u s t0 r i g i l l a t ef r o ma l l a r dp r o c e s sd u et ot l l em a s ss c a l e i v a b s t r a c t t h e 沙n u c l e a rm o d m c a t i o nf a c t o r 尼“i nc u + c ui sf o u n dt oi n c r e a s e 丘o ml o w t 0 h i g h a 1 1 1 ea v e r a g eo f m a t 5g e 讹i s1 4 o 4 0 幻f ) 0 2 ( 垆t ) a l l d i s1 1 0 3 0 2f r o mc o i n b i n e di m i cd a t a 1 1 1 i si sc o n s i s t e n t 惭t hn o ys u p p r e s s i o n ，i n c o n t r a s tt o 也ep r e d i c t i o n 丘o mat h e o r c t i c a lm o i i e lo fq u a l k o i l i u md i s s o c i a t i o ni na s t r o n 酉yc o u p l e dl i q u i du s i n ga i la d s 肥f ta p p r o a c h t h et 、o c o m p o n e n tm o d e l i n c l u d i n gc o l o rs c r e e n i n g ，h a d r o n i cp h a s ed i s s o c i a t i o n ，s t a t i c a l 面? c o a l e s c e n c e a tt h e h a d r o n i z a t i o nt r a n s i t i o n ，沙f o m a t i o nt i m ea l l d 口m e s o nf e e d d o w nc a r id e s c r i b et h e o v e i a l lt i e n do ft h ed a t a t h a i 出st ot h eh i g hs br a t i o ，w em e a s u r e dt h ea z i m u t h a lc o n - e i a t i o nb e t w e e nm g hp r ya n dc h a r g e dh a d r 0 i l s w eo b s e r v e da na b s e n c eo fc h a r | 萨dh a d r o n sa c c o m p a n y i n g h i 曲p 7 y o nt h en e a rs i d e ，i nc o n t r a s tt om ed i - h a d r o nc o r r e l a t i o n f r o mc o m p a r i s o n w i t ht l l em o d e ls i m u l a t i o i l s ，w ee s t i m a t et h e 仔a c t i o no f 吵舶m 口m e s o nd e c a y t ob e 1 3 5 a t p r 5g e v 亿 k e yw o r d s ：j 够l l i 曲p t ，q u a 出- 9 1 u o np l a s m a ，h c a v y 。i o nc o i l i s i o n v l i s to ff i g u r e s 1 1p a r t i c l ec o n t e n ti nt h es t a n d a r dm o d e l 2 1 2 q c de f j e c t i v ec o u p l i n g a saf u n c t i o no fm o m e n t u mt r a n s f e rs c a l ep 4 1 3 t e m p e r a t u r ed e p e n d e n c eo ft h eh e a v yq u a r kp o t e n t i a lf r o ml a t t i c eq c d 8 1 4 忱8 u saf u n c t i o no f 船i nm i n i i m l mb i a u sa u + a u c 0 1 l i s i o n s 1 0 1 5n u c l e a rm o d i f i c a t i o nf a c t o ra th i g hp ri nd + a ua n da u + a uc o l l s i o n s a n dt 、7 i r op a r t i c l ea z i i i 】【u t h a ld i s 七r i b u t i o n si np + p ，d + a ua n dc e n t r a l la u + a uc 0 1 1 i s i o 璐1 2 1 6耽a saf u n c t i o no fp ，i nm i n i i m l mb i a 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e n t u mr e s o l u t i o nf o re l e c t r o n sa saf u n c t i o no fm o m 6 n t u m 7 2 ： 3 2 7 妒i n v 孤i a n tm a u s sd i s t r i b u t i o n 舶ms i m u l a t i o n 7 3 4 1 矽- h a d r o na z i m u t h a lc o r r e l a t i o n sb e f o r ea n d 砒e rb a c k g r o u n ds u b t r a c t i o n 7 7 4 2 r a c k i n ge m c i e n c yf o rc h 甜g e dh a d r o n sf o rc o r r e l a t i o na n l y s i s 7 8 4 3d e t e c t o ra e c e p t a n c eo n 。 7 9 4 4d e t e c t o ra c c e p t a n c eo n ? 7 8 0 4 5a s s o c i a t e dp a r t i c l ep rd i s t r i b u t i o no nn e a ra n da w a ys i d e s 8 1 4 6 n o n - p h o t o l l i ce l e c t r o na n d 州妒船s p e c t r af r o mp y t h i a 8 8 2 4 7妒- h a d r o nc o r r e l a t i o nf u n c t i o n si np y t h i a8 3 5 1 妒i n v 嬲i a n tm a s sd i s t r i b u t i o na n d 阳s p e c t r aa th i 曲阳 8 6 5 2 z td i s t r i b u t i o n so fp i o n s ，p r o t o n sa n d 妒s 8 8 5 3 妒如aa saf u n c t i o no f 力 9 0 5 4 妒- h a d r o na z i m u t h a lc o r r e l a t i o n sa f t e rb a c k g r o u n ds u b t r a c t i o n 5 5n a c t i o no fb _ 妒+ xo v e rt h ei n c l u s i v e 妒f r o md i 髓r e n tm e a s u r e m e n t a tu a l ，s t a r ，d 0a n dc d f 一j 8 2 3 9 5 6a s s o c i a t e dc h a r g e dh a d r o n 册d i s t r i b u t i o no nt h en e a ra n da w a ys i d ew i t h r e s p e c tt oh i g hp rt r i g g e r sa n dc h a r g e dh a d r o 璐 ， 9 4 6 1e l e c t r o ni d e n t i f i c a t i o nw i t ht o fa n dt p c 9 7 6 2 矽a i l dtl i n es h a p ee x