LHC能区不同碰撞系统末态核物质效应的重味探针研究

In this project, the production and collective motion of heavy quarks, and the production of psi' will be studied in various collision systems. It is generally agreed that the energy loss of heavy quarks occurs at the initial stage of the expansion of the quark-gluon plasma (QGP) formed in heavy-ion collisions, and the collective flow of heavy quarks is established at the middle and/or final stage of the expansion of the QGP. In this project, the energy loss and collective flow of heavy quarks will be studied at both mid-rapidity and forward rapidity to understand how the transport coefficient of heavy quarks evolves with the temperature of the QGP medium. Furthermore, those studies will be extrapolated into small systems (pp and p-Pb collisions). The study in small systems, on the one hand, will provide the important reference for heavy-ion collisions, on the other hand, it will also be particularly important to understand properties of the nuclear matter created in the small systems. Since the psi' is very sensitive to the temperature and energy density of the system, the study of the production of psi' in various systems will provide an additional constant on the results obtained in the study of heavy quarks. Combining all information together will provide a deep understanding of how the production and evolution of the QGP matter dependent on its initial conditions, such as the initial temperature, energy density, and system size, and will bring new insight into understanding whether the QGP matter can be created the final state of small systems.

本项目将通过ALICE实验，研究LHC能区在不同碰撞系统中的产生和关联效应，以及重夸克偶素在不同碰撞系统中的产生。在重离子碰撞中，重夸克的能量损失被认为主要发生在碰撞所形成的夸克胶子等离子（QGP）物质演化的初期，集体流形成于QGP演化的中、后期。本项目将分别在中心和向前快度区对上述观测量进行研究，建立重夸克在QGP物质内的输运特性随QGP内部温度演化的图景。同时，本项目还将观测小系统（质子-质子、质子-铅核）碰撞中重夸克的产生和集体流随事件多重数的演化，为理解重离子碰撞的结果提供重要基准，同时也是深入理解小系统碰撞末态核物质特性的重要途径。由于重夸克偶素的产生对系统的温度、能量密度极其敏感，本项目对psi'粒子在不同碰撞系统中产生的研究将与重夸克的研究相互印证，以深入理解QGP物质产生和演化随初始条件如初始温度、能量密度、体积等的依赖关系，并试图探寻小系统末态是否有QGP物质存在的证据。

重味夸克产生于高能碰撞初期的硬散射过程，当它们穿越热密QGP介质时会发生强相互作用辐射胶子损失能量，甚至参与热化介子的集体运动。因此，重味夸克是探测QGP物质内的强核力相互作用动力学、流体力学和热力学特性的黄金探针之一。我们在大统计量下精确测量了5.02 TeV铅核-铅核(Pb-Pb)碰撞中D介子产额的强压低，表明粲夸克与QGP物质发生强相互作用并通过辐射胶子损失了大量能量，初步标定了粲夸克在热密物质内的空间扩散系数范围为：(1.5 - 7) / 2πTc。首次在具有相同多重数的不同核（铅核-铅核和氙核-氙核）碰撞中发现重夸克衰变μ子的核压低因子RAA近似相同，表明不同核在不同碰撞中心度下产生了相同温度的QGP体系并诱导重夸克辐射胶子损失相近的能量。最先利用机器学习“双层加速决策树”方法把非瞬时D介子样本纯度从过去的30%提升到90%，观测到5.02 TeV 质子-质子（pp）碰撞中极低横动量非瞬时D介子产额，并计算了底夸克总散射截面；在5.02 TeV Pb-Pb碰撞中观测到非瞬时/瞬时D介子核修正因子比值显著大于1，与“死角”效应符合，证实了夸克在热密物质中能量损失的质量依赖性。精确测量了5.02 TeV Pb-Pb碰撞中非奇异D介子的椭圆流以及首次测量了D_s^+的椭圆流，在中等横动量区间D介子椭圆流大于零，表明粲夸克可能参与了QGP物质的集体运动，甚至被热化。最先测量了pp碰撞中测量了瞬时粲重子产生截面及轻子道/强子道衰变分支比，以及瞬时粲重子"Ξ" _"c" ^"0" 产生截面，当前模型都低估了实验数据，表明粲夸克碎裂函数普适性遭到破坏；还测量给出当前国际上最高精度的分支比(Ξ_c^0→e^+Ξ^-v_e)/BR(Ξ_c^0→π^+Ξ^-)(精度提升3倍)。 通过pp碰撞前向区底夸克偶素产额随多重数依赖的研究，发现多重部分子相互作用对小系统碰撞中底夸克偶素的产生起重要作用，底夸克偶素和粲夸克偶素可能有相同的产生机制。我们还研究了小系统碰撞中伴随粒子产生特性。还开展了高能碰撞唯象学研究。