量子色动力学是用来描述夸克和胶子间强相互作用的规范场理论。格点量子色动力学预言在高温或高重子化学势的条件下会发生从强子物质到夸克胶子等离子体(QGP)的相变。坐落在美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的相对论重离子对撞机(RHIC)是专门用于研究夸克胶子等离子体性质以及量子色动力学相图的实验装置。双轻子不参与强相互作用，并且可以在重离子对撞整个演化过程中产生，因此，双轻子的测量在研究这种高温高密物质中起着至关重要的作用。　　根据不同的产生机制，双轻子的不变质量谱一般被划分成三个质量区间。高质量区间(HMR，Mll＞MJ/ψ)，双轻子主要由初始的硬过程产生，例如Drell-Yan，夸克偶素的衰变。中间质量区间（IMR，Mφ＜Mll＜MJ/ψ），双轻子主要由夸克胶子等离子体的热辐射以及开粲的半轻子衰变产生，其中热辐射的双轻子产额可用于测量夸克胶子等离子体的温度。低质量区间（LMR，Mll＜Mφ），双轻子主要由在强子介质中矢量介子（ρ，ω，φ，等）的衰变产生，他们可用于研究介质中的手征对称性恢复。此外，ALICE合作组最近观察到在质心能量为2.76 TeV的铅核-铅核偏心对撞中，超低横动量(pT＜0.3 GeV/c)的前向快度J/ψ产额有非常大的增强。这部分增强有可能来自相干光产生过程。如果在偏心重离子对撞中，也可以通过相干光产生生成ρ介子，这部分ρ介子可用作一个直接测量夸克胶子等离子体性质的探针。　　本论文利用位于相对论重离子对撞机上的螺旋径迹探测器(STAR)，首次研究了双轻子在铀核-铀核对撞中的产生。用于该分析研究的数据采集于2012年。利用时间投影室测量的电离能损以及飞行时间探测器测量的粒子速度进行正负电子的鉴别。在铀核-铀核的最小无偏对撞中（中心度:0-80％），鉴别出来的电子整体纯度可以达到95％。通过对比在最小无偏对撞中测量的STAR接收度内(peT＞0.2 GeV/c，|ηe|＜1，and|yee|＜1)的双轻子不变质量谱和不包含ρ介子贡献的强子衰变模拟（cocktail），发现在类ρ质量区间0.3-0.76 GeV/c2内，测量的双轻子产额比模拟的产额高2.1±0.1(stat.)±0.2(sys.)±0.3(cocktail)倍。还系统的测量了不同横动量以及中心度区间的双轻子不变质量谱，发现此增强因子并没有很强的中心度以及横动量依赖性。为了定量的研究这些双轻子增强，还测量了修正STAR接收度的双轻子增强谱(data-cocktail)。上面提到的所有双轻子增强谱都可以用一个包含ρ展宽的谱函数以及夸克胶子等离子体热辐射贡献的理论模型描述。ρ介子谱在高温高密介质中的展宽被认为和手征对称性恢复有关。进一步的分析研究表明，带电粒子密度（dNch/dy）归一的修正了STAR接收度的积分增强产额（积分区间:0.4＜Mee＜0.75 GeV/c2）有很强的中心度以及对撞能量的依赖性。中心对撞中的归一积分增强产额比偏心对撞以及低能量对撞的产额要高。最近一个理论模型指出，在质心能量为6到200 GeV区间内，dNch/dy归一的积分增强产额正比于重离子对撞中产生介质的寿命。这预示着在铀核-铀核中心对撞中产生的介质的寿命比在偏心对撞中或者低质心能量重离子对撞中产生的介质寿命长。　　本论文还首次测量了铀核-铀核对撞中STAR接收度内超低横动量(pT＜0.15 GeV/c)的双轻子不变质量谱。相对于强子衰变的模拟产额，偏心对撞中的双轻子产额在整个质量区间都有很大的增强。在质量区间0.4-0.76 GeV/c2和2.8-3.2 GeV/c2中，增强因子分别为16.4±1.1(stat.)±2.6(sys.)±4.2(cocktail)，20.4±4.2(stat.)±3.0(sys.)±3.2(cocktail)。这些增强可能来自于相干光产生过程。我们还测量了铀核-铀核对撞中STAR接收度内不同质量区间的双轻子横动量谱(0.4＜ Mee＜0.76 GeV/c2,1.2＜Mee＜2.67 GeV/c2, and2.8＜Mee＜3.2 GeV/c2),发现这些横动量谱的形状在偏心对撞中在0.1 GeV/c附近发生急剧变化。　　此外，本论文还报告了两种气体探测器-迷你漂移厚气体电子倍增室(minidrift THGEM)和多气隙阻性板室(MRPC)的研制以及测试结果。THGEM用作穿越辐射探测器(TRD)的读出探测器，用来鉴别电子离子对撞机上的前向散射电子和提供额外的电离能损（dE/dx）测量，后者对小角度散射的带电粒子径迹重建非常重要。这是首次提出用THGEM作为TRD的读出探测器。宇宙线测试结果表明，在工作电压下，THGEM的探测效率高于94％，位置分辨能达到220μm。由于THGEM具有非常好的位置分辨以及相对厚的电离区，THGEM展现出非常卓越的径迹重建能力。最后，测试结果表明THGEM增益均匀性以及稳定性也非常好。为了提高北京谱仪的粒子鉴别能力，MRPC被用来升级北京谱仪端盖飞行时间探测器(eTOF)。在正负电子对撞机E3束流线上用动量为600MeV/c的质子束测试了单端读出和双端读出MRPC。在工作高压下，两种MRPC的探测效率都高于98％。单端读出MRPC的时间分辨为47 ps，但有带电粒子入射位置的依赖性。双端读出MRPC的时间分辨为40 ps，且没有带电粒子入射位置的依赖性。根据这次束流测试结果，双端读出MRPC被用于北京谱仪的eTOF升级。北京谱仪的eTOF升级已于2015年11月完成，对电子的时间分辨可达到60 ps，远好于其设计指标(80 ps)。