论文摘要
在近几十年来,夸克胶子等离子体（QGP）—直吸引着物理学家们的浓厚兴趣。夸克胶子等离子体是有别于日常强子物质的一种新的物质相态,它曾在宇宙大爆炸（Big Bang）后很短的一段时间内出现过,并深深地影响了宇宙的演化过程及现有宇宙中所有物质的形成。在夸克胶子等离子体内,部分子（夸克和胶子的统称）是渐进自由的。相对论重离子碰撞实现了物理学家们在实验室中创造一个小型宇宙大爆炸的愿望,使在实验室中对夸克胶子等离子体的形成及特性展开系统分析成为可能。从超级质子同步加速器（SPS）到相对论重离子对撞机（RHIC）,再到最新的大型强子对撞机（LHC）,物理学家们已经在不同的碰撞系统,不同的碰撞能量下对夸克胶子等离子体做了系统性的研究,但仍然存在诸多悬而未决的问题。高能部分子在穿越夸克胶子等离子体时受到强相互作用会损失部分能量,部分子然后经过碎裂（fragmentation）过程形成一个末态粒子喷注（jet）,由于QGP诱导入射部分子辐射胶子损失能量被称为喷注淬火（jetquenching）。RAA是高能物理实验上一个非常重要的观测量,它反应了部分子在穿越夸克胶子等离子体时能量损失的程度。在RAA的测量中,质子-质子（pp）碰撞被视为一个参考（reference）,因为质子-质子碰撞通常被认为没有夸克胶子等离子体形成,因此对质子-质子碰撞的精确测量显得尤为重要。但是很不幸,在质子-质子碰撞中,除了最令人感兴趣的一个硬相互作用外,还存在诸多软过程和半硬过程的产生,它们形成一类粒子,被统称为Underlying Event（简写为UE）。Underlying Event使得质子-质子碰撞的精确测量变得非常困难,因为我们不能完全正确地从实验上区分来自硬相互作用过程的粒子和来自UE的粒子在一个质子-质子碰撞事件中,UE囊括了初态和末态辐射（initial and final state radiations）,多重部分子相互作用（multiplicity parton interactions）和碰撞剩余物（beam remnants）等物理过程产生的所有的贡献。而另外我们最感兴趣的是硬相互作用产生的粒子。在传统的UE测量中,根据领头粒子的方向,整个拓扑空间被划分为三个区域:Toward区域,Transverse区域和Away区域。Toward区域和Away区域主要用于收集来自两个背对背喷注的粒子,通常认为在领头喷注横动量小于50 GeV/c的情况下,在Transverse区域内UE粒子产生占是绝对主导地位,由于UE的产生是各向同性的,从实验上考虑三个区域具有相同的区域面积,所以UE在三个区域内应具有相同的分布。本文基于ALICE（一个大型重离子碰撞实验的简称）探测器采集的质子-质子碰撞数据,对质心系能量为13TeV的质子-质子碰撞中UE的产生特性进行了系统的研究,得到了 UE依赖于领头粒子横动量的最新结果,并与ATLAS测量的13TeV的最新结果作了比较。本文还重点观测了 UE依产生对粒子产生平均多重数RT的依赖,给出了RT几率分布谱和带电粒子平均横动量依赖于RT的分布谱。这是ALICE实验组有关RT的第一个测量结果。本文的主要结构如下:第一章首先介绍标准模型和量子色动力学,然后引入夸克胶子等离子体（QGP）,进而介绍相对论重离子碰撞实验。第二章首先介绍多重部分子相互作用的物理概念,然后描述PYTHIA 8产生器和EPOS LHC产生器,接着回顾UE在高能碰撞实验中的测量历史,最后着重介绍一个新的事件分类器,RT。第三章简要介绍ALICE探测器的主要结构,探测器的主要子探测器的布局及性能以及ALICE探测器的升级计划。第四章详细讨论UE领头粒子横动量依赖性测量的主要步骤,包括数据的选取,事件及粒子的筛选,主要的修正步骤及系统误差估计方法,最后给出测量的物理结果。第五章详细介绍Underlying Event的RT依赖性测量过程,并详细介绍了Unfolding方法在RT测量中的应用,最后给出带电粒子平均横动量的RT依赖性的物理测量结果。第六章给出本文的结论及对课题研究前景的展望。
论文目录
摘要Abstract1 QGP and Relativistic Heavy Ion Collisions 1.1 Standard Model of particle physics 1.2 Quantum Chromodynamics 1.2.1 QCD Lagrangian 1.2.2 Asymptotic freedom 1.3 Quark Gluon Plasma 1.3.1 Lattice QCD predictions 1.3.2 QCD phase diagram 1.4 Relativistic Heavy Ion Collisions2 Underlying Event 2.1 Multiple parton interactions 2.2 Monte Carlo models 2.2.1 PYTHIA 8 2.2.2 EPOS LHC 2.3 Overview of UE measurements 2.3.1 UE measurements at the RHIC 2.3.2 UE measurements at the Tevatron 2.3.3 UE measurements with ALICE detector 2.3.4 UE measurements with ATLAS detector 2.3.5 UE measurements with CMS detectorT'> 2.4 Relative Transverse Activity Classifier,RT3 The ALICE detector at the LHC 3.1 The Large Hadron Collider（LHC） 3.2 A Large Ion Collider Experiment 3.2.1 ALICE detector layout 3.2.2 Trigger system 3.2.3 Offline framework 3.2.4 Performance4 UE activity leading track pr dependence 4.1 Introduction 4.2 Data sample 4.3 Event and track selection criterion 4.4 correction procedures 4.4.1 Leading track misidentification 4.4.2 Track contamination 4.4.3 Tracking efficiency 4.4.4 Vertex reconstruction 4.5 Systematic uncertainty 4.5.1 ITS-TPC track matching 4.5.2 Track cuts 4.5.3 Misidentification bias 4.5.4 Strangeness bias 4.5.5 Vertex reconstruction 4.5.6 Monte-Carlo dependence 4.5.7 Non closure in Monte-Carlo 4.6 ResultsT'> 4.6.1 UE distributions versus leading pT 4.6.2 Charged particle dN/dη in the Transverse regionT dependence'>5 UE activity RTdependence 5.1 Introduction 5.2 Data sample 5.3 Event and track selection criterion 5.4 correction procedures 5.4.1 Leading-track misidentification 5.4.2 Track contamination 5.4.3 Tracking efficiency 5.4.4 Vertex reconstruction 5.5 Unfolding and re-weight 5.5.1 response matrix rebuilding 5.5.2 Bayesian unfolding method 5.5.3 Re-weight 5.6 Systematical uncertainty 5.6.1 ITS-TPC track matching efficiency 5.6.2 Track cuts 5.6.3 Monte Carlo dependence 5.6.4 Non closure in Monte-Carlo 5.6.5 vertex selection 5.6.6 Number of tracks to the primary vertex 5.6.7 Iterations 5.6.8 Unfolding approach 5.7 results 5.7.1 Event probability distribution'> 5.7.2 Charged particle6 Summary and outlookBibliographyList of publications and activities论文中文简介Acknowledgements
文章来源
类型: 博士论文
作者: 任小文
导师: 周代翠,Andreas Morsch,毛亚显
关键词: 夸克胶子等离子体,大型强子对撞机,大型重离子碰撞实验,质子质子碰撞,带电粒子,平均多重数
来源: 华中师范大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 物理学
单位: 华中师范大学
分类号: O572.31
总页数: 156
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标签：夸克胶子等离子体论文; 大型强子对撞机论文; 大型重离子碰撞实验论文; 质子质子碰撞论文; 带电粒子论文; 平均多重数论文;
LHC/ALICE实验质心系能量13TeV质子—质子碰撞中伴随粒子事件产生性质的研究
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