强相互作用物质的喷注层析研究

Jet quenching or parton energy loss in the QCD medium is an exceptionally important tool to study the formation and properties of the quark-gluon plasma(QGP) in high-energy heavy-ion collisions. It has been confirmed by the large amount of experimental data at RHIC and LHC and many related phenomenological investigations. With the vast accumulation of new experimental data on jet quenching and the emergence of novel theoretical models of parton energy loss, there is an urgent need for a unified and deepened theoretical understanding of jet quenching in the strongly interacting nuclear medium. To meet this challenge, we will calculate the effect of running coupling on parton energy loss and related phenomelogies; carry out systematic investigations on the energy loss of heavy quarks in the hot and dense QCD medium; calculate the photon-tagged hadron production and dilepton production at large transverse momentum at LHC; explore in depth the mechanism of parton energy loss with the medium-modified fragmentation functions and develop new and powerful Monte Carlo algorithms for jet propagation and evolution inside a dynamic medium; develope the field methods of the hot QCD medium in non-extensive statistics and related phenomelogies; and explore a new formalism of hadronization in heavy-ion collisions which combines the parton energy loss model with the recombination model.

强相互作用介质效应导致高能部分子的能量损失即喷注淬火是探测夸克胶子等离子体（QGP）新物质形态的形成和性质的重要探针。RHIC和LHC物理的大量理论和实验研究令人信服地证实了高能核碰撞中喷注淬火效应的存在。随着新的实验测量的不断涌现和理论本身的发展，我们需要对强相互作用物质的喷注层析理论有一个更全面和深刻的认识。在本课题中我们将研究随跑动耦合常数变化的喷注能量损失对大横动量强子谱的压低的影响，详细计算热密QCD物质中的重夸克能量损失及重味介子横动量谱的压低，考察光子关联的强子产生过程及双轻子过程，发展用介质修正的碎裂函数来考察能量损失的理论计算和相应的蒙特卡洛模拟，研究非广延统计物理中的夸克物质的场论计算和唯象研究，并且探索一个结合能量损失和部分子再重组模型的新的强子化机制。

通过高能重离子碰撞产生夸克胶子等离子体（QGP）新物质形态的研究是当前基础物理科学的重大国际前沿问题，对于人们了解宇宙的早期演化，探索物质的深层次结构，以及研究中子星等致密天体等都有深远意义。本项目开展QGP强相互作用物质的喷注层析研究或硬探针信号研究，尝试用统一的理论框架来处理RHIC 和LHC 上纷繁复杂的实验现象，对目前的一些热点课题及有待澄清的重要问题进行一些理论探索，揭示夸克物质的本质特性，为准确理解RHIC 和LHC 重离子实验提供理论储备。具体的六个方面内容如下：1）喷注能量损失对RHIC 和LHC 能级大横动量强子谱的压低的影响；2）重味部分子能量损失的研究；3）大横动量区间光子关联的喷注产生；4）强相互作用物质中喷注淬火的蒙特卡洛模拟研究；5）非广延统计物理中的夸克物质温度场论和唯象研究；6）强子化机制研究。相关的重要结果、关键数据及其科学意义简述如下：1）利用大横动量强子谱的压低提取喷注能量损失参数，在我们基于次领头微扰QCD的部分子模型框架下，我们所计算得到的omega介子和K^0_S介子在质子质子碰撞中的结果可以很好地符合RHIC以及LHC的实验数据：2）基于双强子、强子喷注与双喷注关联的喷注淬火研究，与其他（如JET合作组）的工作相比，这是一种全新且更为直接的方法；3）重味玻色子或光子标注的喷注的能量损失的蒙特卡洛模拟研究表明，在铅铅碰撞中大量的横向动量远离了喷注轴的方向，很好地描述了Z玻色子标注的喷注的产生；4）我们合作升级的高能粒子碰撞蒙特卡洛事例产生器HIJING++，计算的RHIC和LHC能级粒子横动量谱与实验碰撞数据符合得很好，并且对p+Pb 8.16TeV 碰撞给出了预言结果；5）在重离子碰撞中的应用非广延统计分析了非广延参数q和温度T之间的关系，并与实验结果对比加以验证；6）通过色相互作用的强子化研究，分析了重子与介子的产额比、快度分布以及横动量分布与碰撞中心度和碰撞能量的关系，特别研究了这些分布与相互作用参数的关系。这些研究为将来的进一步研究提供了参考基础。