LHC能区pp、p-Pb碰撞中强子横动量P_T谱的研究

发布时间：2020-06-07 19:23

【摘要】：高能反应中产生的末态夸克(或胶子)转变为实验可观测强子的过程称为强子化。由于支配它的非微扰量子色动力学(NPQCD)仍未解决,其机制至今只能以唯象模型与实验的互动研究进行探索。近几年,大型强子对撞机(LHC)的成功运行将质心碰撞能量提高到TeV量级,取得了 pp、p-Pb和Pb+Pb碰撞的海量实验数据,这为强子化机制的研究提供了前所未有的机会。最近,ALICE和CMS实验组发现,LHC上pp和p-Pb碰撞产生的小部分子系统在“高多重数事例”中展现出一系列的强子产生新特征,主要有长程关联(Ridge行为)、奇异性增强、高重子介子比等。这些现象在RHIC和LHC重离子碰撞中已经被观测到,并且被普遍归因于QGP的产生。这是否意味着这种极高碰撞能量下产生的小部分子系统也发生了退禁闭或产生Mini-QGP?因此,弄清楚“小部分子系统”中Mini-QGP或退禁闭、强子化新特征等即成为当前高能反应强子产生的理论研究热点。相对论重离子碰撞产生了 QGP,其强子化可用夸克组合机制来描写。最近几年,山东夸克组合模型成功解释了 RHIC和LHC能量重离子碰撞中强子产生的一系列实验现象。本论文将山东夸克组合强子化模型应用到LHC能区pp和p-Pb碰撞中,系统研究各种强子的产额及其横动量谱,从强子化角度为LHC上pp和p-Pb小碰撞系统是否发生退禁闭或产生Mini-QGP提供新的理论预言,深入理解强子化新特征。本论文的主要研究内容和结论如下:(一)质心能量7 TeV pp碰撞中强子产额及其横动量谱的研究LHC实验发现,高多重数的pp碰撞事例中的强子产生呈现出一系列新特征。夸克组合机制下,利用参数化的轻夸克和奇异夸克的横动量谱,系统研究质心系碰撞能量为7 TeV的pp碰撞中p、Λ、（？）、Ω~-、φ、K(892)~(*0)、（？）(1530)~(*0)等强子产额及其横动量谱,轻强子、奇异强子和共振态粒子的平均横动量pT,（？）/Λ、Ω/φ、K/π等强子比,并与实验数据及其它强子化模型作比较,我们的理论计算结果很好地描述了实验数据。进一步预言了目前实验尚未测量的其它强子的横动量谱;提出两个与十重态重子和矢量介子相关的标度行为,作为探测LHC上高多重数的pp碰撞事例中强子化机制的有效探针。研究结果表明,夸克组合强子化在高多重数的pp碰撞中同样起着重要作用。(二)LHC上p-Pb碰撞中强子横动量谱的夸克数目标度性及组份夸克自由度的研究最近,LHC能量p-Pb碰撞实验观测到高多重数事例中存在Ridge、奇异性增强等新现象,表明这些小部分子系统可能发生退禁闭或产生Mini-QGP。我们分析ALICE发布的质心系碰撞能量为5.02 TeV的p-Pb碰撞中轻强子、奇异强子和共振态粒子横动量谱的实验数据,首次发现,Ω~-、φ、K(892)~(*0)、（？）(1530)~(*0)等强子横动量谱的实验数据展现出完美的夸克数目标度性;我们指出这种标度性正是等速度近似下夸克组合强子化的直接结果。在这种等速度夸克组合图像下,得到轻夸克和奇异夸克的横动量谱。进一步,研究p、Λ、（？）、Ω~-、φ、K(892)*0、（？）(1530)~(*0)、Σ(1385)~(*+)等在不同碰撞中心度的横动量谱,理论结果很好地符合实验数据。这表明在如此高能量下的p-Pb碰撞小系统强子化时组份夸克自由度起着重要作用,QGP可能也已经形成。
【图文】：

基本粒子,标准模型

外的三种规范相互作用（电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用）及构成物质最基本单元的理论，其中所包含的基本粒子如图 1.1 所示。图1.1 标准模型中的基本粒子。从 20 世纪 60 年代起，随着实验技术手段的不断进步，标准模型与高能物理实验紧密结合，探索物质的微观结构和宇宙起源，开展了大量的理论研究和高能实验工作。量子色动力学（QCD）理论[1,2]预言，强子物质处于极端高温高密的环境里会发生相变形成一种新的解禁闭的物质态，即夸克胶子等离子体(QGP)[3~8]。这种 QGP 态是宇宙大爆炸初期的一个演化阶段，随着时间推移宇宙温度和能量密度不断降低，解禁闭的物质重新禁闭形成各种强子，之后继续演化直至形成今天的宇宙万物。大爆炸初期形成的解禁闭物质的性质及其强子化机制是什么，，是人们坚持不懈在探索的课题。高能重离子碰撞实验可以提供 QGP形成所需要的环境

示意图,核碰撞,示意图,强子

在碰撞产生的相空间内，部分子之间的强烈的相互作用使体系在很短时间内（约为0 .6fm/c）图1.2 核－核碰撞的示意图。达到（局域）热平衡，形成夸克胶子等离子体；之后 QGP 物质膨胀降温，形成强集体流，这个过程大约持续 5 fm/c；当系统温度降到 TMeVc 155 160时，QGP 物质就会发生相变转化为强子相物质，即系统强子化；随着体系的能量密度和系统温度进一步降低，强子气体之间的相互作用逐渐减弱，经过非弹性散射主导阶段和弹性散射主导阶段，最终演化为可以被探测器捕捉到的自由运动的末态粒子。对于强相互作用中的非微扰过程，QCD 还无法给出精确的计算，处理这些软过程的有效方法就是基于不同近似条件的不同唯象模型。探索 QGP 的性质及其强子化机制一直是高能重离子物理的前沿课题。自 2000 年 BNL的相对论重离子对撞机（RHIC）和 2008 年 CERN 的大型强子对撞机（LHC）运行以来
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O572.2

【参考文献】