相对论重离子碰撞中粲偶素的实验研究

高能重离子碰撞的主要物理目标是寻找和研究量子色动力学预言的一种新的物质形态-夸克胶子等离子体(QGP)。理论研究表明，由于大量带色荷的自由夸克的存在，粲偶素在一定温度的QGP中会由于色荷屏蔽效应而分解。因此粲偶素在重离子碰撞中的产额压制是寻找QGP的一个非常重要的实验依据。并且由于不同粲偶素中粲夸克和其反夸克的作用强度不一样，其分解所需的温度也不一样，因此不同粲偶素在重离子碰撞中的产额测量可以用来进一步确定QGP的温度这一重要参数。由于实验条件和实验方法等的限制，目前重离子碰撞中粲偶素的研究主要集中在中低横动量J/psi研究。本项目旨在利用RHIC-STAR的实验数据，研究联合新安装的由中美联合研制的大面积飞行时间计数器和时间投影室、 电磁量能器等现有探测器的粒子鉴别方法，对重离子碰撞中尚未实现的eta_c,chi_c,psi'等粲偶素的重建进行前瞻性的探索

本项目围绕RHIC能区粲偶素的产生进行了四个方面的研究。.（1） 通过强子道重建eta_c，chi_c和psi(2S)的前瞻性探索。利用RHIC-STAR的氘核-金核数据，通过质子+反质子衰变道观测到了显著度超过3 sigma的eta_c信号，并在同一个不变质量谱上观测到了J/psi信号和chi_c0的疑似信号。通过K+K-衰变道在chi_c0和chi_c2峰附近看到了产额增强。通过e+e-和J/psi + \pi^+ \pi^- 两个衰变道重建了psi(2S)，并测量了psi(2S)与Jpsi的产额比。这些探索显示在RHIC能区研究这些粲偶素是可能的，为开辟这一新的研究方向奠定了基础。.（2）质子-质子对撞中J/psi产生机制的研究。测量了200GeV 质子-质子碰撞中J/psi的横动量谱，并通过J/psi与强子的关联获得了B强子衰变产物所占比分及J/psi背向关联强子的横动量谱。通过比较这些测量与理论计算，在加深对J/psi产生机制的理解方面取得了重要的进展。 .（3）金核-金核对撞中J/psi产额压制(suppression)的研究。首次测量了200GeV金核-金核碰撞中高横动量J/psi的核修正因子，并与理论计算进行了比较。实验结果显示高横动量J/psi在中心金核-金核碰撞中有显著的产额压低，这很可能来自于粲夸克的色荷屏蔽效应。而这一效应是夸克胶子等离子体形成的标志。同时也测量了39GeV和62GeV金核-金核碰撞中J/psi的核修正因子。通过调整束流能量来研究冷核物质效应、色荷屏蔽效应和粲夸克聚并效应对J/psi产额压制的贡献。.（4）相对论重离子碰撞中J/psi集体流研究。一方面较为精确的测量了200GeV金核-金核碰撞中J/psi的椭圆流。实验发现J/psi的椭圆流在零附近。与理论计算比较表明pT>2 GeV/c的J/psi不是主要来自于热化粲夸克的聚并。另一方面用自创的基于Tsallis的爆炸波模型研究了RHIC和SPS能区J/psi的径向流。发现实验结果与径向流为零的物理图像符合。