RHIC能区粲偶素冷核物质效应实验研究

Due to the lattice QCD calculations, a phase transition has been predicted from hadronic matter to a deconfined and locally thermalize Quark Gluon Plasma (QGP) at high temperature and energy density. Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) was built to create the QGP in laboratory through the high energy heavy ion collisions to test the predictions of QCD and understand the properties of the deconfined medium. The suppression of J/psi, due to color screening, has been proposed as a smoking gun signature of the formation of QGP. Due to decades of experimental efforts, the idea of regeneration of J/psi in QGP has been widely spread. However, in addition to the QGP effects, there exists other effects that would also affect the production of J/psi. In contrast to the hot QGP medium effects, they have been called Cold Nuclear Matter (CNM) effects. In order to extract the "pure QGP signature", one need to understand the CNM effects precisely.

基于格点量子色动力学的计算，在高温和高能量密度的极端条件下，会发生从正常的强子物质到色荷解禁闭的（Color Deconfinement）的新的物质形态——夸克胶子等离子体（Quark-Gluon-Plasma，QGP)的相变。相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy Ion Collider，RHIC）通过极高能的重离子对撞，在实验室中寻找QGP存在的证据并研究其特性。在QGP的诸多信号中，J/psi 在重离子对撞中由于"色屏蔽“而造成的产额的压低，被认为是QGP产生的标志性信号。经过几十年的实验测量，J/psi在QGP中的”再产生“机制又被广泛接受。但是J/psi所携带QGP信号会被重离子对撞中的冷核物质效应所干扰。要定量分析J/psi的QGP信号，就必须准确理解J/psi的各项冷核物质效应。

粲偶素是夸克胶子等离子体的一个重要的探针，它在相对论重离子碰撞中产额压低曾被认为是夸克胶子等离子体存在的标志信号。随着实验和理论的深入研究，人们发现粲偶素在相对论重离子对撞中的产生受夸克胶子等离子体熔解效应（色荷德拜屏蔽效应）、粲夸克通过聚并造成的再产生效应以及冷核物质效应的影响。实验上通过粲偶素来寻找和研究夸克胶子等离子体，要求对冷核物质效应有深入理解。围绕这一问题，项目组主要开展了以下几部分的研究：1）擦边相对论重离子碰撞中极低横动量J/psi的产生研究。这是夸克偶素研究领域近年来出现的一个新的研究方向。项目组测量了金核-金核与铀核-铀核对撞中极低横动量J/psi的产额和横动量转移平方（t）分布；并建立了唯象理论模型，对实验数据进行了理论检验，发现实验观测到的极低横动量J/psi很有可能来自于相对论重离子对撞中极强电磁场诱导的相干光致产生。这一研究成果对利用J/psi研究夸克胶子等离子体特性和相对论重离子碰撞中极强电磁场特性具有重要物理意义。研究成果于2019年发表在《物理评论快报》。同时还利用理论模型从J/psi相干光致产生数据中提取了原子核中的胶子分布函数，显著减小了误差。2）J/psi核修正因子与对撞中心度、横动量等的依赖关系研究。J/psi产生的熔解、再产生和冷核物质效应具有不同的对撞中心度、横动量依赖。项目组对200GeV金核-金核对撞中J/psi核修正因子与对撞中心度和J/psi横动量的依赖关系进行了精确测量，研究成果于2019年发表在《物理快报B》上。同时还开展了对撞能量和对撞系统依赖的初步研究。这些结果对理解三种效应的竞争关系具有重要物理意义。3）质子-质子对撞中J/psi横动量谱和极化参数的测量。这是目前RHIC能区相关测量所达到的最高精度，两项成果分别于2019和2020年发表在《物理评论D》上，为深入理解质子-质子对撞中J/psi的产生机制和相对论重离子碰撞中J/psi产额压低测量结果提供了重要的实验数据。