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LHC-ALICE实验5.02TeV铅核-铅核对撞中瞬发与非瞬发J/ψ产生的研究

批准号:
12105277
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
白晓智
依托单位:
学科分类:
中高能核物理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
白晓智

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
相对论重离子对撞的一个主要目的是研究在非常高的温度和能量密度下解禁闭的夸克胶子等离子体QGP的性质。重夸克主要通过碰撞早期的部分子硬散射产生,然后穿过QGP的整个演化过程,因此被认为是研究QGP的理想探针。由正反粲夸克组成的夸克偶素J/ψ在QGP中的产生和输运过程,是当前高能核物理的研究热点。J/ψ从产生的过程可以分为瞬发和非瞬发。瞬发J/ψ来自于碰撞早期的直接产生和粲夸克偶素激发态的衰变,产额对QGP介质中解离和重组合过程敏感,测量瞬发J/ψ对于研究J/ψ的解离和重组合机制至关重要。非瞬发J/ψ来自于底夸克强子的衰变,产额不会受到解离和重组合的影响,因此非瞬发J/ψ可以作为更加直接的探针研究底夸克穿过QGP的能量损失。本研究拟利用ALICE5.02TeV铅核-铅核对撞的数据测量瞬发和非瞬发J/ψ在中心快度区的产额和核修正因子,本项目利用了机器学习的方法提高J/ψ的重建效率。
英文摘要
The primary motivation of the heavy-ion collisions is to study the properties of the matter with high temperature and energy density, Quark-Gluon Plasma(QGP). Heavy quarks are produced via the initial hard scatterings in the earlier stage. It carries the full information of the QGP involution. Therefore, they are suggested as excellent probes to investigate the QGP. J/ψ is the charm and anti-charm quarks hidden states, which can be divided into prompt and non-prompt two components based on its production mechanism. The prompt J/ψ are sensitive to the QGP-induced dissociation and re-generation effects. Measurement of the prompt J/ψ is crucial to understand the J/ψ dissociation and re-generation production mechanism. The non-prompt J/ψ are from the bottom hadrons decay, the lifetime of the bottom hadrons is much longer than the QGP. Therefore, the non-prompt J/ψ are the direct probe to study the bottom quark energy loss in the QGP. This project is the measurement of the non-prompt and prompt J/ψ production and nuclear modification factors in Pb-Pb 5.02 TeV collision with the ALICE experiment at mid rapidity in LHC. The machine learning approach will be used to improve the J/ψ reconstruction efficiency.
J/ψ作为粲夸克偶素,其在重离子对撞中的行为能够反映QGP的形成和特性。J/ψ的产生既受QGP的解离效应影响,也受到粲夸克重新结合机制的影响。尤其是在LHC能量下,大量未关联粲夸克在QGP中的重新结合是其显著特性。通过测量J/ψ及其非瞬发组分的产额和核修正因子,可深入研究QGP中重夸克的相互作用机制。本项目研究了铅核-铅核在5.02 TeV对撞中的J/ψ及其非瞬发和瞬发的分离。得到了在中心快度区(|y|<0.9)系统地测量J/ψ的横向动量微分产额及 核修正因子的结果。利用ALICE的硅像素探测器,通过赝衰变长度分离瞬发(prompt)和非瞬发(non-prompt) J/ψ的贡献,并分别测量其产额及RAA。在中心快度区,核修正因子RAA显著高于前向快度区,这反映了粲夸克在QGP中的重新结合效应。统计热化模型和运输模型较好地解释了这一趋势,但在高动量区间的预测与数据有偏差。非瞬发J/ψ的RAA表现出显著的压低效应,尤其在高横动量区域,揭示了底夸克穿越QGP时的能量损失机制。相关结果为底夸克通过辐射胶子和弹性碰撞实现能量损失的理论提供了实验支持。首次在中心快度区测量了ψ(2S)与基态J/ψ的比值,发现其随横动量和碰撞能量的变化与其他实验结果一致,为夸克偶素的顺次压低研究提供了新证据。这些结果为理解QGP中重夸克的行为提供了实验基础。J/ψ及其非瞬发组分的测量显著提高了重离子对撞中粲夸克重新结合效应的理解,验证并改进了现有的理论模型。此外,底夸克产额的高精度测量为未来进一步探索QGP中的能量损失机制奠定了基础。这些研究成果在多个国际会议上报告,并发表在Phys. Lett. B和JHEP等核心期刊上,对高能核物理领域的实验和理论研究产生了重要影响。
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