發(fā)布時(shí)間：2020-11-16 13:32

　　 夸克和膠子被認(rèn)為是基本粒子,它們之間的相互作用可以用量子色動(dòng)力學(xué)(QCD)進(jìn)行描述,即:在普通的核物質(zhì)相中這些夸克和膠子被禁閉在核子內(nèi),從核物質(zhì)內(nèi)提取出自由的夸克是不可能的。格點(diǎn)量子色動(dòng)力學(xué)(LQCD)預(yù)言,在極端高溫、高密條件下,夸克和膠子從核物質(zhì)中退禁閉出來(lái)變成自由的夸克和膠子,形成夸克膠子等離子體(Quark-Gluon-Plasma,QGP)。這種QGP物質(zhì)相被認(rèn)為存在于宇宙大爆炸后的瞬間,之后宇宙迅速的膨脹冷卻形成穩(wěn)定的核物質(zhì)相即當(dāng)今宇宙。研究QGP的形成過(guò)程以及它的性質(zhì),能夠幫助我們了解宇宙的演化。因此,對(duì)QGP產(chǎn)生及其性質(zhì)的研究,已成為高能核物理領(lǐng)域研究的重要課題之一。在實(shí)驗(yàn)室條件下,人們利用建造的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(Relativistic Heavy Ion Collider,RHIC)和大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(Large Hadron Collider,LHC)等大型實(shí)驗(yàn)裝置加速束流進(jìn)行碰撞,從而研究QGP的產(chǎn)生及其性質(zhì)。LHC位于歐洲核研究中心(CERN),是目前世界上最大的粒子加速器,而大型重離子對(duì)撞機(jī)(A Large Ion Collider Experiment,ALICE)是LHC上運(yùn)行的主要實(shí)驗(yàn)之一,它的主要目的是通過(guò)重離子碰撞研究QGP的產(chǎn)生過(guò)程及其性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室中,QGP存在時(shí)間極短,人們一般無(wú)法直接觀測(cè),只能通過(guò)末態(tài)產(chǎn)物的信息檢驗(yàn)和判斷QGP是否產(chǎn)生,從而研究它的性質(zhì)。在碰撞過(guò)程中,碰撞束流經(jīng)過(guò)超導(dǎo)電磁場(chǎng)加速到接近相對(duì)論光速發(fā)生碰撞,束流內(nèi)部核子因碰撞而互相傳遞、轉(zhuǎn)移橫動(dòng)量,當(dāng)核子內(nèi)部轉(zhuǎn)移的橫動(dòng)量很大時(shí)的過(guò)程稱之為硬散射(Hard Scattering)。硬散射過(guò)程會(huì)產(chǎn)生背對(duì)背的高橫動(dòng)量部分子(夸克和膠子),這些高橫動(dòng)量的部分子經(jīng)過(guò)輻射,最終強(qiáng)子化為末態(tài)穩(wěn)定存在的強(qiáng)子。來(lái)自同一硬散射過(guò)程的部分子碎裂出來(lái)的強(qiáng)子束流會(huì)準(zhǔn)直在一個(gè)有限的空間,這些強(qiáng)子所形成的束流稱為噴注(jet)。而硬散射過(guò)程產(chǎn)生的部分子由于方位角的背對(duì)背最終形成兩個(gè)背對(duì)背的噴注,它們之間的夾角△φ≈π,能量近似相等,這樣產(chǎn)生的一對(duì)噴注稱為雙噴注(Dijet)。在重離子碰撞中,極端高溫高密環(huán)境形成QGP熱密物質(zhì),硬散射產(chǎn)生的部分子在穿越QGP時(shí),會(huì)與熱密物質(zhì)發(fā)生相互作用從而損失能量,這種現(xiàn)象被稱為噴注淬火(Jet Quenching)。損失的能量,會(huì)改變噴注的飛行方向和能動(dòng)量,從而導(dǎo)致雙噴注之間的夾角偏離△φ≈ π和背對(duì)背噴注之間的能量不對(duì)稱,由于噴注產(chǎn)生于碰撞初期,早于QGP的生成,因此這些性質(zhì)的改變能夠反映QGP物質(zhì)對(duì)噴注的相互作用信息,因此,噴注是研究QGP信號(hào)的重要探針。本論文的研究工作,正是基于噴注作為QGP研究的重要探針開(kāi)展,研究雙噴注之間的橫動(dòng)量不對(duì)稱性。目前,ATLAS和CMS通過(guò)研究高橫動(dòng)量雙噴注的方位角和橫動(dòng)量,得到了雙噴注在核-核碰撞中的方位角加寬以及橫動(dòng)量的不對(duì)稱性。而通過(guò)研究末態(tài)帶電粒子的產(chǎn)額及其性質(zhì)我們知道,硬散射過(guò)程產(chǎn)生的低橫動(dòng)量的噴注與QGP熱密物質(zhì)的相互作用過(guò)程更加復(fù)雜,對(duì)能量損失更為敏感,因而對(duì)低能噴注的研究能更好更細(xì)致的探究QGP的性質(zhì)。本課題主要期望,利用ALICE特有的探測(cè)器對(duì)低橫動(dòng)量的噴注展開(kāi)研究,通過(guò)與相同條件下的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞結(jié)果比較,測(cè)量低能雙噴注橫動(dòng)量不對(duì)稱性,研究噴注淬火現(xiàn)象。本次分析,我們利用2015年ALICE探測(cè)器采集的質(zhì)心碰撞能量為5.02 TeV的數(shù)據(jù)樣本。首先對(duì)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)(Quality Assessment),確保選擇的數(shù)據(jù)來(lái)自真實(shí)的物理碰撞過(guò)程,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行物理選擇。然后對(duì)徑跡和噴注進(jìn)行蒙特卡洛(Monte Carlo)分析,為后面的修正做鋪墊。最后,研究質(zhì)子-質(zhì)子和鉛-鉛碰撞中的雙噴注橫動(dòng)量對(duì)稱性,通過(guò)對(duì)比分析,研究噴注淬火效應(yīng)對(duì)雙噴注性質(zhì)的影響。
【學(xué)位單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O572.243
【部分圖文】：

和碰撞中心度，以及研究夸克膠子等離子體這一新物質(zhì)相的實(shí)驗(yàn)闡述研究生期間分析此課題的動(dòng)機(jī)。??模型??理中，標(biāo)準(zhǔn)模型（Ｓｔａｎｄａｒｄ?Ｍｏｄｅｌ，ＳＭ）是描述基本粒子和粒子間標(biāo)準(zhǔn)模型共６１種基本粒子，包含費(fèi)米子和規(guī)范玻色子，圖１．１展細(xì)信息規(guī)范玻色子是自旋ｓ?＝?１的粒子，包括光子（Ｙ）、膠子（ｇ?）、子是自旋ｘ?＝?１／２的粒子，每個(gè)費(fèi)米子都對(duì)應(yīng)一個(gè)反粒子，包括６�？淇诉�有一種稱為“味道”的自由度，目前發(fā)現(xiàn)的夸克共有６上（ｕ），下（ｄ），奇異（ｓ），粲（ｃ），底（ｂ）和頂⑴夸克。費(fèi)米子可代由４種基本粒子組成，第一代基本粒子由于其質(zhì)量小比較穩(wěn)定基本粒子不穩(wěn)定，它們會(huì)在十分短的時(shí)間內(nèi)衰變成第一代粒子ｒａ要區(qū)別是夸克參與強(qiáng)相互作用，而輕子不參與強(qiáng)相互作用。自然夸克組成，稱為強(qiáng)子。強(qiáng)子分為兩類：重子和介子。重子由三種質(zhì)子（ｕｕｄ）和中子（ｕｄｄ）。介子由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成，比ｓｉｉ）和？ｔ＋（ｕＺ）。??１ｓｔ?２ｎｄ?３ｒｄ?：??

用和弱相互作用。粒子之間的相互作用通過(guò)媒介粒子進(jìn)行，比如：光子傳遞的是電??磁相互作用，而膠子傳遞強(qiáng)相互作用，…＂和，玻色子傳遞弱相互作用，而夸克和??輕子在希格斯場(chǎng)中通過(guò)希格斯玻色子的交換產(chǎn)生質(zhì)量，如圖１．２所示。電磁相互作??用可以用量子電動(dòng)力學(xué)（ＱＥＤ）描述，而夸克和膠子之間的強(qiáng)相互作用可以用量子色??動(dòng)力學(xué)（ＱＣＤ）描述。??１?＼?／?ｐｈｏｔｏｎ?／?Ｉ??＼?Ｈ丨ｇｇｓｂｏｓｏｎ?Ｉ??ｗｅａｋ?ｂｏｓｏｎｓ??圖１．２基本粒子的相互作用??Ｉ．２量子色動(dòng)力學(xué)（ＱＣＤ）??量子色動(dòng)力學(xué)理論是描述強(qiáng)相互作用的非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)理論，“非阿貝爾”意??味著不可對(duì)易性，即描述三種色荷的矩陣間的乘法是不可對(duì)易的。部分子（夸克和膠??子）之間的強(qiáng)相互作用是通過(guò)交換色荷進(jìn)行的，色荷類似于量子電動(dòng)力學(xué)（ＱＨＤ）的電??荷。電荷分為正電荷和負(fù)電荷，而色荷有三種：紅、藍(lán)和綠，以及對(duì)應(yīng)的反色荷，??分別為：反紅、反藍(lán)和反綠。傳遞色相互作用的膠子本身也是帶色荷的，因而膠子??之間也有色相互作用，這種性質(zhì)導(dǎo)致ＱＣＤ具有迥異于ＱＥＤ的性質(zhì)。每一個(gè)夸克??攜帶單一色荷⑶

碩士學(xué)位論文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??Ｖ?＝?－－＾－?＋?ｋｒ，?（１３?ｒ??表示強(qiáng)相互作用的耦合常數(shù)，ｒ表示夸克之間的距離，ｙｔ＾ｌＧｅＶ／ｆ增加，第二項(xiàng)起主導(dǎo)作用，導(dǎo)致夸克禁閉。而漸進(jìn)自由和夸克禁個(gè)主要性質(zhì)。??爾勢(shì)表達(dá)式可以得出，夸克和反夸克之間的勢(shì)能與ｒ和耦合常數(shù)有反夸克之間的距離增加，勢(shì)能增加，正反夸克分離，在真空中，產(chǎn)和反夸克對(duì)，詳細(xì)過(guò)程如圖１．３所示。??
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