LHC-ALICE實(shí)驗(yàn)上質(zhì)子-質(zhì)子碰撞中噴注碎裂函數(shù)及碎裂函數(shù)矩的測(cè)量.pdf

1、格點(diǎn)量子色動(dòng)力學(xué)(1QCD)的預(yù)言，在高溫和低化學(xué)勢(shì)的極端情況下，夸克及膠子會(huì)退“禁閉”，物質(zhì)會(huì)由普通狀態(tài)過(guò)渡為夸克膠子等離子體(QGP)。實(shí)驗(yàn)上，我們通過(guò)極端相對(duì)論重離子碰撞來(lái)產(chǎn)生并研究這一熱密物質(zhì)形態(tài)。
　　實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的QGP壽命極短暫，對(duì)它的觀測(cè)只能基于各類末態(tài)“探針”。作為硬探針的一種，噴注(jet)產(chǎn)生于碰撞早期的高能部分子來(lái)自硬散射過(guò)程，它會(huì)在介質(zhì)中損失能量后碎裂成為一簇強(qiáng)子。其結(jié)構(gòu)和碎裂形態(tài)，被廣泛在質(zhì)子-質(zhì)子及重離

2、子碰撞實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行研究測(cè)量。前者對(duì)應(yīng)于真空環(huán)境，有助于理解噴注碎裂過(guò)程，并進(jìn)而檢驗(yàn)微擾量子色動(dòng)力學(xué)(pQCD)，并為其它碰撞系統(tǒng)提供參考，如對(duì)比質(zhì)子-核子碰撞，以揭示冷核效應(yīng)。而后者環(huán)境中會(huì)包括產(chǎn)生的高密介質(zhì)，QGP。在與之前的碰撞進(jìn)行對(duì)比中，可以得到在QGP存在情況下的的噴注的碎裂（結(jié)構(gòu)）的變化，通過(guò)測(cè)量這一改變而揭示QGP的性質(zhì)。在眾多噴注的觀測(cè)量中，碎裂函數(shù)描述了噴注內(nèi)部強(qiáng)子的分布，進(jìn)而給出了碎裂情況。然而，對(duì)它在重離子碰撞下的測(cè)量

3、受到了噴注背景及其漲落的巨大影響。為了克服這一難題，Cacciariet.al.在[1]中提出了一個(gè)新的物理量:碎裂函數(shù)矩。
　　在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)上的大型離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)(ALICE)，其對(duì)帶電粒子具有獨(dú)特的分辨能力，精度下限達(dá)到150MeV/c。這一能力使對(duì)噴注結(jié)構(gòu)改變及碎裂函數(shù)的測(cè)量成為可能。ALICE上的電磁量能器也可以用于早期硬探針的測(cè)量，包括噴注、高能光子等。在2015-2018的LHC的第二階段運(yùn)行(Run2)中

4、，ALICE添加了別一個(gè)與EMCal相對(duì)的量能器（雙噴注量能器DCal）。它們將聯(lián)合促進(jìn)雙噴注、強(qiáng)子-噴注及光子-噴注事件的關(guān)聯(lián)研究。
　　本研究工作主要應(yīng)用LHC/ALICE的中心桶部徑跡探測(cè)系統(tǒng)(central berral tracking system)，利用探測(cè)到的帶電粒子徑跡，重建出帶電粒子噴注（以下簡(jiǎn)稱噴注）。對(duì)2.76TeV質(zhì)心系能量的質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)噴注的碎裂函數(shù)矩(fragmentation fu

5、nction moments)進(jìn)行首次測(cè)量。為了加深對(duì)新物理量的理解，我們同時(shí)測(cè)量了噴注的碎裂函數(shù)(fragmentation function)。這一測(cè)量包括了噴注中的帶電強(qiáng)子譜(pr），帶電強(qiáng)子能量分?jǐn)?shù)的分布（z，ξ），方位夾角的分布（Δθ）和噴注內(nèi)能量的橫向延伸/擴(kuò)展的分布（jT）幾個(gè)方面。對(duì)于不同的噴注分辨率（R，它圈定了噴注的空間張角大?。?，上述各個(gè)結(jié)果都顯示出與理論模型(PYTHIA)很好的契合度。作為博士工作—部分，DCa

6、l在官方分析軟件ALIROOT中代碼實(shí)現(xiàn)，也將在本文中給予討論。
　　本論文的章節(jié)安排如下:本文第一章將對(duì)工作的物理背景作一介簡(jiǎn)單的介紹，包括重粒子碰撞及演化和QCD相圖等。第二章會(huì)著重介紹與噴注相關(guān)的物理，包括噴注研究的近況，遇到的問(wèn)題，解決方案。第三章將會(huì)對(duì)ALICE實(shí)驗(yàn)中所用到的探測(cè)器作一個(gè)簡(jiǎn)要介紹。第四章會(huì)著重介紹ALICE的取樣電磁量能器和本人在DCal代碼實(shí)現(xiàn)上在工作。后者主要包括了二個(gè)部分:一、規(guī)范了EMCal代碼，

7、更新了幾何結(jié)構(gòu)、各聯(lián)接之間的映射:電子學(xué)通道，clusterization及觸發(fā)trigger的部分。二、構(gòu)建了三個(gè)版本的DCal幾何結(jié)構(gòu)，分別對(duì)應(yīng)于:之前投標(biāo)時(shí)的版本，正在ALICE上使用的版本和一個(gè)將來(lái)可能的更新版本。最后，對(duì)這一工作結(jié)果進(jìn)行了模擬及真實(shí)數(shù)據(jù)上的驗(yàn)證研究和各項(xiàng)兼容性測(cè)試。第五章對(duì)ALICE實(shí)驗(yàn)下的分析框架作了簡(jiǎn)短介紹，同時(shí)介紹了本次測(cè)量所應(yīng)用的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的MC，并作了數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，介紹了噴注分析所需要的常見(jiàn)技術(shù)。最后

8、，對(duì)于中心探測(cè)區(qū)域的徑跡(track)作了一系列研究以深入理解。第六章給出了2.76TeV質(zhì)子-質(zhì)子碰撞在ALICE實(shí)驗(yàn)下的碎裂函數(shù)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果與理論QCD模型預(yù)期一致，并對(duì)測(cè)量中運(yùn)用的背景扣除、Bin-by-Bin修正及次級(jí)粒子修正等各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了討論。第七章給出了同樣實(shí)驗(yàn)條件下，新變量碎裂函數(shù)矩的測(cè)量結(jié)果，并進(jìn)行多種方案的討論。其結(jié)果與碎裂函數(shù)相吻合。對(duì)于這一新變量的初次測(cè)量的經(jīng)驗(yàn)將會(huì)有助于推進(jìn)其到相應(yīng)的重離子碰撞中。限于工作量和