高能质子碰撞和重离子碰撞中的高横动量强子产生的研究

相对论重离子加速器RHIC运行的主要物理目标是寻找高能重离子对撞中可能产生的高温高密度新核物质夸克－胶子－等离子体（QGP）。微扰量子色动力（pQCD）学预言：高能部分子穿越夸克胶子等离子介质会损失能量，导致高横动量喷注淬灭。因此，高横动量强子可以作为探测QGP物质的理想探针。RHIC STAR通过高横动量强子-强子关联观测到淬灭显现，并通过核修正因子的测量已经观察到重离子碰撞中强子产额相对于质子-质子碰撞产额有所压低。依赖于量子色动力学色荷因子的能量损失认为在重离子碰撞中（反）质子产额的压低比pion和kaon 产额的压低都要大，而STAR数据却给出pion和质子的产额有着相似的压低。为此，喷注色味转变机制，部分子在介质中碎裂机制等给出不同的解释。对这些模型的检验，需要同时测量质子-质子和金-金对撞中多种强子在高横动量区的产额。质子-质子对撞中各种粒子谱的测量还为碎裂函数提供很好的限制。

相对论重离子加速器RHIC运行的主要物理目标是寻找高能重离子对撞中可能产生的高温高密度新型核物质夸克-胶子-等离子体(QGP)。理论预言，重离子碰撞产生的QGP会使得部分高能部分子损失能量，导致高能横动量喷注淬灭，高横动量的粒子产额相对于质子-质子碰撞产额降低。本项目通过RHIC-STAR，首次测量质子-质子和金-金碰撞中高横动量区域（pT=15 GeV/c）的不同粒子的产额(pi+, pi-, K+, K-, p, pbar, K0S, rho0)，以及不同粒子产额的比值，并计算金-金碰撞中的核修正因子。当前基于pQCD的理论计算只能描述质子-质子碰撞中高横动量区域pion的产额和pi-/pi+比值，不能描述kaon和proton产额和k/pi, p/pi, k-/k+, pbar/p等。因此，质子-质子碰撞中高横动量区粒子谱的测量能很好地限制pQCD计算中碎裂函数的参数拟合。同时，质子-质子碰撞中反粒子/粒子产额比随着动量的增大都呈下降趋势，说明高横动量区域的夸克贡献也比较重要。金-金碰撞中，不同粒子（pi,k,p,rho0,K0S）核修正因子均小于1，证明了核物质的存在。但是，高横动量区域不同粒子的核修正因子相似，即RAA(pion)~RAA(k0s)~RAA(K+p)~RAA(rho0)。这表明金-金碰撞中不同粒子的核修正因子不受其夸克组分和质量的影响。这与目前基于QCD的理论预言不一致，为当前的理论发展提供重要的实验依据。