【摘 要】
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进行高能重离子对撞实验的目的之一就是来研究核核碰撞中产生的热密核物质的相结构。这个相结构可以由量子色动力学(QCD)相图来表示,其中横坐标是热力学温度(T),纵坐标是重子化学势(μB)。格点QCD的计算表明在高重子化学势和低温情况下,核物质从强子相到夸克胶子等离子相的转变是一个一阶相变。而在低重子化学势和高温区域,这个转变是一个平滑的穿越。那么在这个一阶相变边界和平滑穿越区之间必然有一个终点,这个
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进行高能重离子对撞实验的目的之一就是来研究核核碰撞中产生的热密核物质的相结构。这个相结构可以由量子色动力学(QCD)相图来表示,其中横坐标是热力学温度(T),纵坐标是重子化学势(μB)。格点QCD的计算表明在高重子化学势和低温情况下,核物质从强子相到夸克胶子等离子相的转变是一个一阶相变。而在低重子化学势和高温区域,这个转变是一个平滑的穿越。那么在这个一阶相变边界和平滑穿越区之间必然有一个终点,这个点被称作QCD临界点。实验室上对于临界点的寻找是一个非常重要的课题,位于美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的相对论重离子对撞机(RHIC)上提出的能量扫描计划(BES)的核心任务之一就是寻找QCD临界点。守恒量的涨落,比如净重子数(B),净电荷数(Q),和净奇异数(S),被认为同QCD相变和QCD临界点非常的敏感。实验上,我们可以通过重离子对撞逐事件地测量各种末态粒子多重数的各阶矩(方差(σ2),偏度(S),峰度κ))。这些矩与对撞中产生的热密物质系统的关联长度非常敏感,同时它们也与格点QCD和强子共振气体模型中计算的热力学磁化率有着关联。比如,这些守恒量的涨落的方差,偏度,和峰度已经被证明同系统的各阶关联长度ζ2,ζ4.5和ζ7成正比。同时,系统的n阶磁化率同守恒量(B,Q,S)涨落的各阶累积量有着直接的关系,χ(n)W=Cn/VT3。其中V,T是碰撞系统的体积和温度,Cn是多重数分布的n阶累积量。实验上,碰撞系统的体积非常难以确定,为了同理论计算结果做比较,我们取各阶累积量的比值(Sσ=C3/C2,κσ2=C4/C4)来消除系统体积的影响。因此这些累积量的比值可以直接同理论计算的各阶磁化率的比值联系起来,κσ2=χB(4)/χB(2)和Sσ=χB(3)χB(2).由于同关联长度和热力学磁化率有着非常高的敏感度,我们可以用守恒量分布的各阶矩来研究QCD相变和寻找QCD临界点。而实验上,获取净重子数(△NB)和净奇异子数(△NS)的分布非常难以实现,所以我们分别用净质子数(△NP)和净K介子数(△NK)的分布来代替。这已经在理论上和实验上被广泛的研究。RHIC上的能量扫描计划开始于2010年,分别于2010年,2011年,和2014年期间采集了碰撞能量从7.7GeV到200GeV之间的金金碰撞的8个能量点,与之相对应的重子化学势的范围从20MeV到420MeV。在这篇论文中,我研究了在金金碰撞中STAR探测器上净K介子多重数分布的各阶累积量以及他们的比值。碰撞能量包含8个能量点,(?)=7.7,11.5,14.5,19.6,27,39,62.4,and 200 GeV。我们重点讨论了 K介子多重数的的各阶累积量以及他们的比值的中心度依赖和能量依赖。这些结果同我们的基线计算(泊松和负二项式基线)和UrQMD模型的计算结果也做了比较。从累积量比值的中心度依赖结果中我们可以看出,σ2/M的值是随着能量的增大而增大,而且边缘碰撞的结果要比中心碰撞的结果更大。对于κσ2和Sσ的最中心碰撞的能量依赖,由于实验的误差较大,在误差范围内他们的结果是同我们的基线计算(泊松和负二项式基线)和UrQMD计算相吻合。对于边缘碰撞,泊松期望和负二项式期望的值都在实验测量值之下。对于σ2/M,Sσ,和κσ2的值,在误差允许的范围内,除了 200GeV的σ2/M值,UrQMD的计算结果是同实验测量的值是一致的。这篇论文按如下结构组织。在第一章中,我们对这个分析的背景和目的作了简明扼要的介绍。第二章中,我们对RHIC上STAR探测器的结构和分析中所需要用到的子探测器给予一个大概了解。然后,我将在第三章中介绍净K介子多重数分布高阶矩分析所用到的方法和分析细节,从数据准备,粒子鉴别,到误差分析,修正方法等方面给出详细介绍,最后给出结果。在第四章中,我们主要研究了在超相对论量子分子动力学模型(UrQMD)中净质子多重数,净电荷多重数,和净K介子多重数分布的各阶累积量及其比值的中心度和能量依赖,并与STAR实验组发表的结果作了比较。第五章中,主要对事件平面探测器作一个简单介绍,它将在BESⅡ中起到事件平面重建,中心度划分,和trigger的作用。最后一章中我们将对全文作一个概括以及对未来的一个展望。
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