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量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的基本规范场理论,它具有两个显著的基本特征:夸克禁闭和渐进自由。格点QCD理论计算预言在极高温度和能量密度下部分子物质能从禁闭的强子相中解禁出来,形成一种新的物质形态,叫作夸克-胶子等离子体(QGP)。在宇宙大爆炸的最初阶段存在过QGP这一物质状态或者在致密中子星的内部很可能存在着QGP物质。物理学家们提出可以加速两个重离子以相对论的速度对撞,在碰撞的过程中能形成这种新的物质形态。位于美国布鲁克海汶国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)为人们探索QGP物质提供了理想的环境。RHIC运行以来大量的物理成果表明在金-金对心碰撞中很可能已经产生了这种不能用强子自由度来描述的热密部分子物质。
在RHIC中观察到的喷注淬火现象,现有的核.核碰撞理论认为这是由于夸克在穿过碰撞产生的热密物质时通过胶子辐射损失了能量造成的。同时RHIC中轻强子的各向异性流v2的测量结果表明部分子在碰撞早期形成集体流效应。基于胶子辐射能量损失机制的理论模型能够很好地描述RHIC中轻强子的核修正因子RAA在高阳PT低的行为,然而,在√SNN=200 GeV金-金对心碰撞中由重味夸克强子通过半轻子衰变产生的非光电子的RAA与轻强子的RAA具有相同的量级,表明重味夸克在介质中也会损失相当大一部分的能量。实验上观察到的非光电子较大能量损失对目前人们对能量损失机制的理解提出了巨大的挑战。基于胶子辐射能量损失机制的理论计算预言重味夸克由于质量相对于轻夸克大,具有“死角效应”,因此在介质中相对丁轻夸克会损失较少的能量。实验上还观察到较大的非光电子椭圆流v2,进一步表明重味夸克与介质之间存在着较强的耦合。为了了解重味夸克如何与介质强耦合并且损失较大能量和较大椭圆流,人们需要分离出非光电子的测量中底夸克的贡献。目前由于实验条件的限制,RHIC还不能直接区别出底夸克和粲夸克,STAR探测器升级以后加入重味径迹室(HFT)的测量结果有助于实现这一目标。在本论文的分析中,我们用到了一种间接的方法来提取出底夸克对非光电子的贡献。
在本论文中,我们建立了RHIC2009年运行的√SNN=500 GeV质子-质子碰撞中非光电子与带电强子的方位角关联并结合PYTHIA模拟的结果提取出了底夸克对非光电子的贡献。为了增加高PT区间电子的统计量,我们选择了high-tower触发的事件。我们结合了STAR中TPC对电子的鉴别能力,BEMC对电子能量的测量能力以及BSMD对电子、光子簇射规模和中心位置的测量能力来最大限度地提高在高PT范围电子的鉴别。我们同时利用PYTHIA蒙特卡罗事件产生器来研究了√SNN=500 GeV质子-质子碰撞中粲(底)夸克衰变的电子与带电强子的方位角关联,我们发现在近角方向粲夸克和底夸克具有不同的关联形状,而这主要是由于它们具有不同的质量所引起的。因此我们可以通过用PYTHIA模拟的结果来拟合实验数据点来提取出底夸克在高PT对非光电子的贡献。
在现有的统计误差范围内,我们的数据分析结果表明,在√SNN=500 GeV质子-质子碰撞中6.5<Ptelectron<12.5 GeV/c的区域里,底夸克半轻子衰变对非光电子的贡献大于60%。
我们还利用多相输运模型(AMPT)研究了√SNN=200 GeV金-金非对心碰撞中双强子相对于反应平面的方位角关联。这一相对于反应平面的的关联研究有助于帮助人们理解高横动量的粒子穿越碰撞产生的热密物质时的能量损失的路径效应。我们根据触发粒子发射方位角Φs=ΦT-ψEP的不同,分别建立相应的双粒子关联。通过分析关联图像随Φs的演化,我们发现关联信号对Φs比较敏感,这一现象是与STAR的实验观测趋势相一致的。触发粒子与伴随粒子的远角关联随着触发粒子发射方位角从in-plane到out-of-plane演化表现出明显的单峰逐渐展宽,甚至出现双峰结构的演化,对于某些特定Φs区间的关联,双峰结构相对于背对背方向是不对称的。此外,远角关联信号的均方根峰宽Wrms以及劈裂参数D随着Φs的增加而缓慢增加,并且远角关联的伴随粒子的平均横动量表现出强烈的Φs的依赖性。通过我们的分析,表明强烈的部分子相互作用以及由此导致的能量损失对于双强子关联中远角关联信号双峰结构的出现具有至关重要的作用,并且金-金碰撞中喷注与热密介质的相互作用的路径效应是非常重要的。