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2014(实验)RHIC能量扫描中双轻子产生的实验研究

相对论重离子碰撞的目的是在实验室情况下研究有限温度密度下的QCD物质性质. RHIC 和LHC多年的实验表明,在高能量的重离子碰撞中可能形成了一种强耦合的夸克胶子物质(QGP),这些实验结果大多数都来自于对末态强子的测量,因此有可能受到系统演化中的强相互作用影响。电磁探针(如:双轻子)不参与强相互作用,能够逃离碰撞产生的强相互作用介质而不受影响,因此能够反映碰撞系统最干净,最直接的信息.同时双轻子的产生伴随碰撞系统演化的整个过程,不同阶段产生的双轻子具有不同的动力学变量特征:在双轻子不变质量较低的区域(Mll<1GeV /c^2),来自于强子化介质的矢量介子和直接光子的贡献占主导作用,来自于碰撞末期的强子衰变是实验背景的主要来源.在中等质量区间(1<mll<3 mll="">3 GeV/c^2),则主要是来自于碰撞最初阶段的Drell Yan过程,以及重夸克偶素的贡献.双轻子质量与其产生时间有一个近似的关系,质量越大的双轻子产生于碰撞的越早期,对中等质量以及高质量双轻子的测量能够提供新的碰撞早期信息.

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图: STAR测量的金-200GeV/c对撞中的双电子谱,以及与理论模型的比较

  在RHIC-螺旋管径迹探测器(STAR)实验中首次测量获得了200GeV/c-金对撞中的双电子的产额。通过对不同质量区间的双电子测量结果与理论模型比较发现,中等质量区间(质量1-3GeV/c^2)的双电子主要贡献来自于粲夸克粒子的轻子道衰变,低质量区间(小于1GeV/c^2)的双电子产额的增强主要是由于矢量介子ho与碰撞过程中产生的强子介质相互作用使其谱宽度增加而导致的,从而解决了长期困扰RHIC能区低质量区间双轻子产额增强的机制问题。近期在已有实验结果基础上,通过STAR探测器的升级-重味夸克探测器(HFT)以及缪子探测器(MTD)的安装,可能实现对重味夸克产生的双轻子进行测量,从而寻找以及研究夸克胶子物质QGP产生的热辐射,以及碰撞介质的性质.并且在RHIC对撞机束流亮度的提高的情况下,极大地提高实验数据的统计量,从而进一步通过对双轻子椭圆流以及极化度的测量,研究QGP所产生的热辐射的性质.

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