STAR实验200GeV d+Au碰撞数据奇异粒子产生分析

相对论重离子碰撞实验是在实验室中研究强相互作用相变和产生新的物质形态- - 夸克胶子等离子体（QGP）的唯一机会。奇异性产额增强是高能核碰撞中产生QGP的重要实验信号。本项目将分析美国布鲁克海汶国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）上的STAR探测器 2008年获取的200GeV d+Au碰撞原始数据，得到此反应中各种奇异强子（Ks, Λ、Ξ、Ω）的横动量谱、产额以及核修正因子等相关实验数据。通过与STAR以前得到的200GeV Au+Au碰撞、Cu+Cu碰撞以及p+p碰撞中相关奇异强子数据的比较，我们希望能够系统地了解从p+p到d+Au以及各种中心度的Cu+Cu、Au+Au碰撞中奇异性增强的机制。这对考察RHIC的高能Au+Au或者Cu+Cu碰撞中是否产生QGP提供重要的参照。尤其是d+Au碰撞中各种奇异强子核修正因子的测量将为理解Cronin效应提供重要线索。

研究量子色动力学（QCD）的相结构和夸克胶子等离子体这一新物态的特性，是美国Brookhaven国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）的首要物理目标。STAR是RHIC上的两个大型探测器之一。奇异粒子是重离子碰撞中产生的热密物质物态的极好探针。本项目系统地分析了STAR探测器2008年获取的每核子对质心系能量200 GeV氘核-金核（d+Au）碰撞以及2010-2011年束流能量扫描获取的每核子对质心系能量为39、27、19.6、11.5和7.7 GeV的金核-金核（Au+Au）碰撞中的奇异粒子产生。对d+Au碰撞，我们得到了最中心碰撞中的K0S、Λ和Ξ在中心快度区的横动量谱、产额及核修正因子等实验数据的初步结果。结果显示：1）最中心d+Au碰撞中同样存在显著的奇异性产额增强，尤其是多奇异重子Ξ，这表明奇异性产额增强并不是重核-重核碰撞中独有的现象；2）各个奇异粒子的核修正因子在中等横动量显示出可能的粒子类型依赖，即所有重子（质子和Λ）的核修正因子都近似相等并显著大于近似相等的各个介子（π、K0S和φ）的值，这意味着末态效应可能对Cronin效应有一定影响。在束流能量扫描实验中，我们得到了五个碰撞能量下的各个奇异粒子（K0S、Λ、Ξ、Ω和φ）在中心快度区的横动量谱和产额，并在国际上首次获得了此能区的φ介子椭圆流参数(v2)、各个奇异粒子的核修正因子、重子-介子产额比值等数据。数据显示：1）在每核子对质心系能量降到11.5 GeV时，φ介子v2开始显著偏离组分夸克标度规律；2）K0S介子的核修正因子在能量降到11.5 GeV时开始显示出随横动量增大而单调增加的趋势，这与更高能量下K0S在高横动量的产额压低现象存在显著差别；3）中等横动量的Ω和φ产额比值在11.5 GeV时也显著低于27 GeV时相同横动量区间的值；4）反Λ的平均横质量在11.5 GeV处显示出一个极小值。这些数据暗示能量在11.5GeV以下的重离子碰撞中产生的火球的物态与更高能量下的存在显著差异，也即退禁闭相变的起始能量点可能位于11.5 GeV与19.6 GeV之间，这些结果对确定QCD相边界具有重要意义。目前d+Au和束流能量扫描的奇异粒子分析工作仍在进行，部分结果正在整理并撰写论文。