基于STAR-TOF探测器上的能量扫描和强相互作用性质的实验研究

通过完成前一个国际重大合作基金，我们中国STAR合作组成功研制了基于MRPC技术的大型飞行时间探测器（TOF），目前已安装在RHIC-STAR探测器上并从今年开始采集数据。由于TOF具有对于电子的精确鉴别能力和高横向动量强子的鉴别能力，对许多粒子的鉴别效率大大提高，从而使得在实验上精确研究重味夸克物理和探测弱共振态成为可能，一些其他相关的重要物理也可以得到开展。在本项目中，我们计划将基于STAR数据、特别是TOF数据，开展以奇异强子的椭圆流、核－核碰撞中重味夸克粲粒子的产生和双轻子构建、强子的关联与涨落、强子系统演化动力学机制，以及寻找新的多夸克态和反物质奇异粒子等开展研究。特别是对RHIC能区的能量扫描研究，使得我们有可能找到QCD相变临界点。这些工作将对核物质相图的关键点的确立以及新物质态-夸克胶子等离子体的性质研究起到十分重要的作用。

在RHIC-STAR实验中，我们利用我们中国组研制的大型飞行时间探测器和STAR核心探测器-TPC，并得益于高阶触发技术HLT, 我们与合作者发现了迄今最重的反物质粒子-反氦4核，论文发表在Nature(2011)上。该工作作为我们一位博士生的博士论文。在RHIC能量扫描实验中，我们借助飞行时间探测器TOF系统地分析金核＋金核碰撞系统中质心系下每核子对能量为7.7、11.5、19.6、27、39和200GeV中超氚核的产额 ，同时精确测量了超氚核寿命，发现超氚核寿命要小于自由超子的情形。该工作引起了国际同行的高度兴趣，有可能对我们认识超子-核子相互作用有重要作用。我们测量不同能量下 Au+Au碰撞中各个奇异粒子（K0S、Λ、Ξ、Ω和φ）在中心快度区的横动量分布，确定了反重子和重子产额比及化学逸出参数，研究核修正因子的能量依赖性，并通过测量φ介子椭圆流参数和重子／介子产额比的能量依赖性来帮助确定QCD相变起始能量点。我们也测量了强子产额比K/π，p/π，K/p的逐事件动力学涨落，这有助于我们理解QGP相变的阶数和QGP相变临界点的信息。我们测量了200 GeV 的Au+Au碰撞中的双电子产额，研究了其中心度和横动量的依赖性，以及其横质量分布，阐明了不同不变质量区间的物理形成机制。我们测量了500 GeV p+p 碰撞中非光电子与带电强子的方位角关联，提取出了不同横动量区间底介子对非光电子的贡献比例。我们在实验上提取了200 GeV/c Au+Au和193 GeV/c U＋U碰撞中 π、K介子椭圆流和三角流斜率随中心度的变化，从而提供了实验上给出了直接观测和间接限制了手征磁波存在的证据。此外，我们也使用多种理论模型对相对论重离子碰撞中的多种实验观测量和物理现象开展了深入的理论研究，其中包括末态粒子关联研究了QGP的初始涨落，小碰撞系统中长程关联和集体运动学，重构喷注性质，末态相互作用对初始电荷分离现象的影响，利用热模型、平衡态-火球模型对粒子产额的研究等。总之，以上这些实验和理论研究对于探索核物质相图与状态方程、认识强相互作用的物理规律、了解相对论重离子碰撞演化动力学和夸克胶子等离子的性质起到了十分重要的作用。