ALICE(√SNN)=5.02TeV质子-铅核碰撞中带电强子-V0粒子关联研究

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近代物理学研究认为,原子核是由质子和中子等亚原子粒子组成,而亚原子粒子又由夸克等更微观的基本粒子构成。夸克之间通过强力作用组合在一起形成质子和中子,而这种强作用力主要通过胶子来传递的。通常情况下,夸克和胶子被禁闭在原子核内,自身无法独立存在。但现有理论研究认为,当系统达到足够大的温度和能量时,应该能解除夸克禁闭,形成所谓夸克-胶子等离子体(quark-gluonplasma, QGP)。QGP是与质子和中子不同的另一种新型物质形态。宇宙大爆炸初期(极高温)和正在塌陷中的中子星内部(高重子数密度)是自然界可能存在的两种天然的QGP状态。  为了研究QGP这种新物质形态,物理学家们相继建立了SPS、RHIC、LHC等一系列的加速器,期待通过高能重离子碰撞产生这种物质态,其中世界上最大和最有威力的粒子加速器—大型强子对撞机(LHC)是欧洲核子研究中心(CERN)的加速器复合体的最新补充。LHC上有四个大型实验,其中之一的大型重离子对撞机实验(ALICE),旨在模拟大爆炸发生后的原始宇宙形态,分析QGP的性质,不仅使物理学的研究疆域拓展至接近宇宙诞生初始,而且对考察宇宙的起源、物质的本性以及对验证现有的粒子物理标准模型等都有重要意义。但是我们无法直接观察碰撞发生过程及演化过程,只能通过测量末态产物的各种信息来判断QGP形成与否。实验上表征重离子碰撞产生了QGP的信号有:集体流效应、喷注淬火现象的发生、直接光子的产生、奇异性的增加等。  在RHIC能区和LHC能区都发现,重离子碰撞实验中,在中间横动量区间(2<pT<6 GeV/c)会出现重子相对于介子(如Λ/K)的增强效应,而且从对心碰撞到边缘碰撞,增强效应会随之减小,这与p-p碰撞结果相比是不同的。这可能是强子化机制和QGP扩展动力学机制(径向流)共同作用的结果。在p-Pb碰撞系统下,也出现了在中间横动量区间(2<pT<6 GeV/c)的重子相对于介子的增强效应,而且也是在对心碰撞时,比值最高。那么究竟在p-Pb碰撞中也产生了热密介质,还是Pb-Pb碰撞中的重子相对于介子的增强效应也包含冷核物质的作用。  本文工作基于2013年ALICE实验质心系能量为√sNN=5.02 TeV下的质子-铅核碰撞数据,通过双粒子关联的方法,用带电强子(5<pT<15 GeV/c)作为触发粒子,奇异粒子Λ和K(1<pT<7 GeV/c)作为关联粒子,测量在不同碰撞中心度(0-10%,10-40%,40-100%)下,在bulk区域和jet区域Λ/K0S的比值的分布,分析重子相对于介子产额增强,究竟是来自软过程还是硬过程。  本文第一章主要介绍高能重离子碰撞实验和夸克-胶子等离子体的基本知识,以及实验中出现的重子相对于介子的增强效应;第二章介绍ALICE的实验装置,对此次分析工作用到的几个主要的子探测器加以介绍;第三章描述整个分析工作的基本流程,包括事件的选择、粒子的选择、重建效率、创建关联、信号抽取等几个方面展开描述;第四章将介绍分析工作的主要结果,包括在碰撞三个不同中心度下bulk和jet区域Λ,K0S的产额以及Λ/K0S比值的分布,最后也对系统不确定性进行了详细的描述;第五章是对整个分析工作的总结和对未来工作的展望。
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