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随着科学技术的发展与理论的进展,人类对物质微观结构的认识不断深入,从错误的“原子不可分”到电子的发现,到卢瑟福提出的原子有核模型,以及之后发现的中子……,所有这些才使人们逐渐认识到:原来原子是由原子核和电子组成,原子核又是由质子和中子组成,而质子和中子又由禁闭在其内的夸克与胶子组成。近代物理上建立的基本相互作用和参加这些相互作用的基本粒子的一种理论—标准模型,认为所有宏观物质都由这些基本粒子组成,即6味夸克、6种轻子和4种(至目前)场粒子。同时,标准模型另一内容、描述夸克胶子间的强相互用的动力学理论—量子色动力学(QCD),预言在高温度或高重子数密度的极端环境下会导致组成强子的夸克与胶子退禁闭,从而形成由解禁闭的夸克和胶子组成的新物质相“夸克-胶子等离子体(QGP)”。众多的研究结果都表明,宇宙大爆炸初期可能会产生这种新物质相,因为爆炸初期会产生极高的温度;或者在中子星内也可能存在该物质,因为中子星具有极高的重子数密度。
为了寻找夸克-胶子等离子体这种新物质形态并研究它的性质,科学家期待通过高能实验中重离子碰撞产生这种新物质态,所以相继建造了CERN/SPS、RHIC等大型实验,在研究QGP方面都取得了丰硕成果。CERN目前正在运行的大型强子对撞机(LHC),由四个大型实验组成。其中之一的大型重离子对撞实验(ALICE),其各探测器的设计和性能为重离子碰撞研究提供前所未有的优越条件。在铅-铅碰撞中,通过将铅每核子能量加速到2.75TeV,然后实现碰撞,预期会形成更可观的局域极端高温高密核物质,从而形成夸克胶子等离子体物态(QGP)。由于这种情况下形成的QGP,存在于碰撞后的瞬间,因此几乎不可能从实验上直接观察到该物质,而只能通过对末态产物的各种信息观察来判断QGP形成与否,并研究其各种性质。到目前为止,认为重离子碰撞后可能形成了QGP的信号有:奇异粒子的增加、J/ψ的产生压低、直接光子与热双轻子、喷注淬火(Jet Quenching)、集体流等。强子关联方法研究得到的很多结果都表明重离子碰撞过程中发生了喷注淬火现象,如末态单举强子谱分布与核修正因子在高动量区间的压低,双强子方位角关联中远端峰值的压低等。
ALICE Off-line分析是ALICE实验的重要组成部分之一,它是基于Root与AliRo-ot框架,采用唯象上的高能碰撞产生器,实现碰撞数据产生模拟、ALICE探测器数据重建以及数据分析。作为ALICE实验组成员之一,三年来一直在ALICE Off-line框架下,进行LHC能区的数据产生,重建与分析工作。本文工作就是在该框架下,采用唯象模型Q-PYTHIA及PYTHIA产生质心系能量为200GeV的Au-Au碰撞和p-p碰撞事件,以及5.5TeV的Pb-Pb碰撞和p-p碰撞事件,运用双强子关联方法分析数据,预研ALICE上即将运行Pb-Pb碰撞的物理结果。首先分析200GeV的Au-Au碰撞和p-p碰撞的核修正因子,并与RHIC的实验数据比较,发现由模型得到的核修正因子在横动量大于6GeV/c区,因子值也达到5倍的压低;其次运用双强子关联方法,分析5.5TeV的Pb-Pb碰撞和p-p碰撞事件中的两粒子方位角关联分布,分析较低横动量区粒子的方位角关联,与PYTHIA相比,Q-PYTHIA得到的结果中关联的两个峰值都增强,但并没有出现“双峰”及“脊”现象,这可能受模型限制;而在高横动量区的方位角关联分布,则出现很明显的远端(away-side)峰值压低现象。除此之外,同时本文还分析了近端与远端喷注的介质修正(JAA)以及强子触发的碎裂函数(D(zT))。