质子-质子碰撞与质子-铅核碰撞中喷注及底夸克喷注的产生及形状研究

摘要

粒子物理的强子-强子碰撞中，会产生许多高能粒子，其中会有一些高度共线的粒子，这一束粒子就被称之为喷注。除了具有一个横动量，喷注还具有一个非常常用的可观测量，喷注形状。喷注形状体现了横动量在喷注内部的分布，带有着喷注内部结构的信息。在目前可以达到的原子核-原子核碰撞的极高质心碰撞能量条件下，我们通过研究粒子碰撞的过程以及产物，也可以更好的理解标准模型，以及寻找超越标准模型的新粒子以及新物理。而在对碰撞过程及产物的研究中，喷注这个可观测量提供了这些碰撞过程的非常丰富的信息。在大型强子对撞机的前所未有的高能量条件下，首次使研究高能条件下的整体喷注成为可能。在这其中，对质子-质子碰撞的过程中喷注的研究就变得非常有价值。
　　同时对夸克胶子等离子体的研究也是热点之一，而为了研究原子核·原子核碰撞的过程，一个对质子-原子核碰撞过程的深刻理解也是必不可少的。这样才能区分开原子核原子核碰撞中产生的夸克胶子等离子体的效应和单个原子核带来的核效应对可观测量的影响。
　　在本篇工作中，首先对质子-质子碰撞中产生的单举喷注的产生以及形状进行了研究，使用Pythia8，结合Fastjet喷注重建工具，模拟了在√sNN=7TeV的等同于LHC条件下的碰撞，研究了其产生的单举喷注的散射截面以及喷注形状，并和实验数据进行了对比。结果发现模拟的结果与实验数据符合的很好，验证了事件模拟器的可靠性。同时，通过使用不同的算法来重建喷注，发现虽然不同的算法不会对散射截面造成影响，但是却会影响到喷注形状，其中属于重组算法的anti-kT算法得到的喷注形状要明显比锥算法得到的喷注形状向轴向集中。
　　随后进行了底夸克喷注的模拟，并和实验数据进行了对比。结果模拟的喷注散射截面依旧可以很好的描述实验数据。然而喷注形状并不能很好吻合实验数据。而在不同算法重建的喷注中，依旧出现了不同的喷注形状，并且也是anti-kT算法得到的喷注形状更向轴向集中。分布函数在质子铅核的对撞模拟中对底夸克喷注的研究中，由于一方入射粒子被换成了铅核，因而这里需要考虑初态核效应。为了得到核效应修正，我们首先利用了CTEQ6L给出的质子部分子分布函数，之后结合EPS09得到所需的新部分子分布函数，从而得到修正后的散射截面，以及质子铅核碰撞的散射截面对质子质子碰撞中散射截面的比值。结果中发现，核效应主要带来的影响是会提高喷注产率的。说明碰撞过程主要发生了anti-shadowing效应。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 背景与动机

1．2 量子色动力学

1．2．1 跑动耦合常数

1．2．2 夸克质量

1．2．3 强子碰撞中的因子化

1．3 研究喷注的意义

1．4 本文主要工作

第二章 喷注及其研究方法

2．1 Pythia8

2．2 重组方式

2．3 锥算法

2．4 重组算法

第三章 质子-质子碰撞中的单举喷注

3．1 不同算法对散射截面的影响

3．2 Pythia模拟的散射截面

3．3 喷注形状

第四章 质子-质子碰撞中的底夸克喷注

4．1 底夸克喷注的定义

4．2 底夸克喷注的产生

4．3 底夸克喷注形状

第五章 底夸克喷注在质子-铅核碰撞中的修正

5．1 同位旋效应

5．2 核子部分子分布函数

5．3 核修正因子

5．4 结果与分析

第六章 总结与展望

参考文献

致谢