ALICE實(shí)驗(yàn)粒子徑跡和噴注模擬研究

劉雯迪 閆玉良 胡守?fù)P 李笑梅

摘? 要：在研究QGP過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到的核-核碰撞中的核修正因子既有熱核物質(zhì)效應(yīng)又有冷核物質(zhì)效應(yīng)的貢獻(xiàn)，因此為了更為精細(xì)地了解熱核效應(yīng)，就有必要全面認(rèn)識(shí)冷核物質(zhì)效應(yīng)。小碰撞系統(tǒng)中橫動(dòng)量分布、贋快度分布和方位角分布研究是研究冷核效應(yīng)的基礎(chǔ)。該文通過(guò)采用蒙特卡羅事件產(chǎn)生器PYTHIA對(duì)pp碰撞分別從徑跡層面和噴注層面進(jìn)行模擬，并通過(guò)用AliRoot重建了徑跡和噴注的橫動(dòng)量分布、贗快度分布和方位角分布。

關(guān)鍵詞：ALICE? 模擬? PYTHIA

中圖分類號(hào)：TL37 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）10（a）-0002-02

1? 研究背景

探索核物質(zhì)相變的信號(hào)和物理機(jī)制，探索新的核物質(zhì)形態(tài)——夸克膠子等離子體（QGP） 是世紀(jì)之交物理學(xué)的重大前沿課題之一。歐洲核子中心（CERN）的當(dāng)前世界上能量最高的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC上的相對(duì)論重離子碰撞實(shí)驗(yàn)ALICE，就是以探測(cè)QGP并研究其性質(zhì)為目標(biāo)的大型國(guó)際合作實(shí)驗(yàn)。中國(guó)原子能科學(xué)研究院是ALICE實(shí)驗(yàn)的初始成員單位，在ALICE實(shí)驗(yàn)裝置的建設(shè)和物理研究中做出了重要貢獻(xiàn)。

在相對(duì)論重離子碰撞中，測(cè)量到的與QGP有關(guān)的信號(hào)不一定都來(lái)源于QGP，在系統(tǒng)演化過(guò)程中QGP 信號(hào)會(huì)受到冷核物質(zhì)效應(yīng)（CNM）的影響。冷核物質(zhì)效應(yīng)指碰撞過(guò)程中，與QGP的產(chǎn)生相獨(dú)立的各類反應(yīng)的統(tǒng)稱。小碰撞系統(tǒng)中橫動(dòng)量分布、贋快度分布和方位角分布研究是研究冷核效應(yīng)的基礎(chǔ)。

2? 模擬方法

PYTHIA模型是模擬高能粒子碰撞的事件產(chǎn)生器，包含高能碰撞后發(fā)生的一系列過(guò)程，例如，硬散射過(guò)程、初態(tài)部分子和末態(tài)部分子簇射、部分子多重相互作用、束流殘余、強(qiáng)子化和強(qiáng)子衰變等。PYTHIA模型利用Lund弦碎裂模型強(qiáng)子化夸克和膠子。PYTHIA模型是用來(lái)描述ALICE 離線分析采用的框架是AliRoot，是一種基于Root 的代碼，由C++編寫(xiě)，專門(mén)用來(lái)處理ALICE 實(shí)驗(yàn)得到的大量數(shù)據(jù)。通過(guò)這個(gè)框架可以進(jìn)行事件模擬，事件重建和數(shù)據(jù)分析，和對(duì)小系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集抽樣和比對(duì)，來(lái)確定對(duì)探測(cè)器的一些參數(shù)調(diào)整以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

3? 結(jié)果與討論

對(duì)ALICE探測(cè)器在粒子探測(cè)和噴注重建層面的表現(xiàn)進(jìn)行模擬可以修正由于系統(tǒng)原因?qū)е碌臏y(cè)量誤差。模擬的事件由PYTHIA6 和PYTHIA8產(chǎn)生，再由GEANT3進(jìn)行轉(zhuǎn)化。模擬出的結(jié)果和真實(shí)事件數(shù)據(jù)將在同一重建算法下計(jì)算，比如，對(duì)末態(tài)粒子層面的噴注尋找可以使用與真實(shí)數(shù)據(jù)同樣的挑選標(biāo)準(zhǔn)。

圖1（a）是根據(jù)硬散射過(guò)程中出現(xiàn)的反應(yīng)的最大轉(zhuǎn)移橫動(dòng)量來(lái)劃分區(qū)間，來(lái)對(duì)每個(gè)pt hard bin 進(jìn)行帶電粒子產(chǎn)額統(tǒng)計(jì)。從0、15、30、50、80、120、170、300、500 GeV/c一共劃分出了8個(gè)區(qū)間，使每相鄰區(qū)間統(tǒng)計(jì)出的粒子產(chǎn)額相差在大致一個(gè)量級(jí)。因?yàn)楦吣軒щ娏Ｗ颖旧懋a(chǎn)生的數(shù)目相較于低能粒子就會(huì)更少，而在出射過(guò)程中還會(huì)與介質(zhì)發(fā)生強(qiáng)相互作用損失較大能量，導(dǎo)致高橫動(dòng)量區(qū)間的粒子產(chǎn)額比低能橫動(dòng)量區(qū)間的粒子少。而對(duì)比不同曲線直接的數(shù)值可以看到，隨著硬散射中心區(qū)最大的反應(yīng)轉(zhuǎn)移橫動(dòng)量增加，粒子產(chǎn)額數(shù)減少，這也是由于高反應(yīng)轉(zhuǎn)移能量產(chǎn)生的高能粒子數(shù)目較少及更容易損失能量所導(dǎo)致的。圖1（b）（c）為徑跡層面的贋快度分布和方位角分布。贋快度分布和方位角分布是描述出射粒子的3種維度參量，用來(lái)確定一個(gè)粒子的空間點(diǎn)。粒子碰撞形成的空間類似于一個(gè)圓柱體，粒子入射方向也即碰撞方向是z軸，贋快度以對(duì)撞點(diǎn)為中心0，平行于z軸;方位角是垂直于z軸的平面，相當(dāng)于圓柱體的橫截面，從0～2π。由圖中可以看出，粒子除了在轉(zhuǎn)移橫動(dòng)量分布呈現(xiàn)趨勢(shì)外，在贋快度分布和方位角分布中都趨平，意味著贋快度和方位角對(duì)徑跡選擇沒(méi)有太大影響，顯示了各向同一性。

圖2（a）為重建的噴注截面，同樣分為上述8個(gè)橫動(dòng)量區(qū)間。從圖2中可以看出，噴注分布趨勢(shì)，以及不同硬散射最大轉(zhuǎn)移橫動(dòng)量區(qū)間的分布趨勢(shì)與徑跡分布一致。圖2（b）（c）為重建層面噴注截面的贋快度分布和方位角分布。同樣顯示出方位角和贋快度上的各相同性。

參考文獻(xiàn)

[1] Huang-Liang Lai，J.Huston，S.Kuh Lmanm，et al.Global QCD analysis of parton structure ofthe nucleon： CTEQ5 parton distributions[J].European Physical Journal.2000，12（3）：375-392.

[2] Richard D.Ball，Valerio Bertone，Stefano Carrazza，et al，Parton distributions with QED corrections[J].Nuclear Physics B，2013，877（2）：290-320.