STAR净质子多重数分布的六阶矩测量

来源 :华中师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yang123jun123hui
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量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的基本理论,它预言在足够高的温度或低重子密度条件下会产生从强子物质到夸克胶子等离子体的相变。这个相变可以通过极端相对论重离子碰撞观察到。位于布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机运行的主要目的就是寻找可能形成的夸克胶子等离子体的信号和探寻量子色动力学的相图。格点QCD计算表明在μB=0时,从夸克胶子等离子体到强子相的相变不是一个真正的相变,而是一个解析的平滑过渡。而基于QCD的唯像模型表明在μB很大的时候是一级相变。目前RHIC许多观测量都已经表明在高能相对论重离子碰撞中形成了强耦合的夸克胶子等离子体。为了理解QCD相图,RHIC提出了能量扫描计划。实验上,我们能通过改变初始碰撞质心系能量,进而达到改变T和μB,从而研究QCD相结构。由于对QCD相变的敏感性,守恒荷(例如净重子,净电荷,净奇异数)的高阶矩比值是重离子碰撞中探寻QCD相图的一个重要观测量。在QCD相图的平滑过渡区间,守恒荷的矩的比值将偏离泊松期待值(1)。格点QCD预言六阶矩与二阶矩的比值(C6/C2)将比四阶矩与二阶矩的比值(C6/C2)更大的偏离。特别说明的是,如果化学冻结曲线在相变线附近,C6/C2的值将从正的变到负的这样一个符号的转变。C6/C2成为STAR能量扫描计划中探寻QCD相图的重要组成部分。理论研究预言了净质子数多重数分布的起伏可以反应净重子数起伏。基于热平衡蒙特卡罗事件产生器Thcrminator,我们计算了200GeV时C6/C2四种情况下的中心度依赖性:有衰变和没有衰变的净重子多重数分布,有衰变和没有衰变的净质子多重数分布。我们发现在横动量(0.4<pT<0.8GcV/c)和快度(|y.5)的区间内,C6/C2都与泊松期待值保持一致。在快度从(|y|0.3)到(|y|<5)的区间内,我们也研究了C6/C2的快度依赖性,结果仍然与泊松期待值保持一致。因此,在热平衡下,不同的动量空间截断以及共振衰变对C6/C2的影响很小。在这篇论文中,我们第一次系统分析了高能重离子碰撞中净质子多重数分布的六阶矩(C6/C2)行为。我们所用的事件是STAR探测器在2010年和2011年采集的能量为7.7GeV,11.5GeV,19.6GeV,27GeV,39GeV,62.4GeV和200GeV的金-金碰撞事件。在快度(|y|<0.5)和横动量(0.4<pT<0.8GeV/c)的区间内,质子及反质子能够被时间投影室(TPC)很清楚的鉴别。此次是第一次在实验上测量C6/C2,我们对许多探测器效应进行了系统的分析。首先,C6/C2对净质子数分布末端的少数事件非常敏感。通过系统分析,我们发现STAI探测器并没有截断净质子数分布的末端,探测器能够很精确的测量到净质子数的整体分布。在金金碰撞中没有截断效应。我们也研究了探测效率和质子鉴别能力对C6/C2的影响。通过模拟,我们发现STAR探测器的质子的纯度对C6/C2的影响很小,并且这个效应已经被考虑到系统误差内。通过Hijing+GEANT的模拟,在统计误差范围内,STAR的探测器并没有改变C6/C2的值。我们测量了C6/C2在200GcV和39GeV时对中心度和快度的依赖性。在|y|<0.5,0.4,0.3快度窗口内,C6/C2明显偏离了泊松期待值。随着快度窗口变窄,C6/C2比值会越来越接近1.然而C6/C2的值在快度窗口|y|<0.4与|y|<0.5的结果非常接近。我们也测量了C6/C2在0-40%跟40-80%两个中心度的能量依赖性。在能量高于39GeV时,C6/C2比泊松期待值小。在统计误差内,当能量小于39GeV时,C6/C2与泊松分布的期待值一致。因此更高的统计量是必要的。为了更好的理解实验结果,我们第一次测量了C6/C2在UrQMD输运模型中的行为。在边缘碰撞区,C6/C2随着碰撞能量的增大而减小。这个趋势可以用重离子碰撞中重子数的守恒率来解释。由于中心碰撞中统计不确定性比较大,这些结果与泊松期待值一致,也和实验数据一致。我们也将结果与PQM模型(有相变的热平衡模型)的结果做了比较。我们发现在目前的统计量下,PQM模型的结果也STAR的结果是一致的。最后,在目前实验数据的统计量下,我们并没有测量到格点计算所预言的负的C6/C2。我们期待将来在RHIC再次能量扫描计划的新结果。
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