RHIC最高能量重离子碰撞下多重奇异及含粲夸克粒子椭圆流的实验研究

The main physic motivation for the Relativisitic Heavy Ion Collider (RHIC) is to study the property of a new form of matter: Quark-Glon Plasam. The event anisotropy parameter with respect to the reaction plane, elliptic flow, offers the information of the effective degree of freedom, degree of the thermalization in the early stage of the collision. These information could be used to determine the equation of state of the new form of matter. The multi-strange hadrons with larger mass and smaller hadron-hadron cross section are good probes to study the physics in the early stage. The charmed hadrons will help us to determine the colletive flow of charm quarks which reflects the degree of thermalization for the light quarks (u,d and s). Due to the limited statistics, the pricise measurement of centrality dependence of the multi-strange hadron elliptic flow is scare. Because of the limitation of the STAR detectors, the pricise measurement of charmed particle elliptic flow is still not available. In this proposal, we will use the large statistics of the latest Au+Au 200 GeV dataset at STAR to measure the centrality dependence of the multi-strange hadron elliptic flow. With the newly installed Heavy Flavor Tracker, we will take part in the calibration work on the raw data, optimize the method of recontructing the charmed hadrons and study the collective flow for charm quarks by measuring the charmed hadron elliptic flow.

相对论重离子加速器RHIC的主要的物理目标之一是研究新物质形态夸克胶子 等离子的性质。重离子碰撞中末态粒子相对于反应平面的各向异性参数椭圆流可以提供新物质形态的有效自由度、热化程度等信息，从而帮助我们确定新物质形态的状态方程。多重奇异粒子具有较大的质量和较小的强子强子散射截面，是碰撞早期的良好探针。含粲夸克粒子椭圆流的测量是研究重味夸克的集体运动的有效途径。本项目旨在利用最新采集的大统计金金200GeV 的数据精确测量多重奇异粒子在不同中心度的椭圆流，系统研究RHIC 最高能量重离子碰撞下部分子的集体运动相对于中心度的依赖性；并参与STAR 新安装的Heavy Flavor Tracker 探测器的数据刻度的工作，利用相应的实验数据优化重建含粲夸克粒子的方法，进而通过测量这些粒子的椭圆流研究重味夸克的集体流以及轻味夸克（u,d,s）热化问题。

本项目围绕两个科学问题展开研究，RHIC最高能量重离子碰撞中多重奇异粒子尤其是φ介子和Ω重子的椭圆流的精确测量和含粲夸克粒子中性D介子的测量。我们的测量结果显示敏感于碰撞早期过程的多重奇异粒子的椭圆流与轻味粒子和奇异粒子的椭圆流在中横动量区间大小相当，而且均符合组分夸克标度性。这表明RHIC最高能量重离子碰撞中所形成的椭圆流大部分来源于部分子层次的相互作用。使得我们对RHIC最高能量重离子碰撞所形成系统的动力学有了更深入的认识。利用高精度的φ介子椭圆流测量结果，我们在低横动量区间介子与质子椭圆流的质量排序被打破。理论计算表明，这可以解释为两种粒子在强子-强子相互中所受到的影响不同。测量结果第一次从实验上观察到了椭圆流质量排序在介子和质子之间的违背。中性D介子椭圆流的测量结果表明粲夸克在碰撞过程的相互作用中形成了集体运动，并且与其它含轻味组分夸克(u, d, s)的粒子一样符合组分夸克标度性。这表明在质心能量为200 GeV的金金碰撞中，粲夸克与轻味夸克一样可能已经达到完全热化。我们将数据与理论计算相比较，提取出粲夸克在热密物质中的扩散系数范围应该在2-12之间。在本项目的资助下，我们还开展了RHIC-STAR实验其它关于椭圆流的研究以及整体极化相对于接受度依赖性的模型研究。