高能重离子碰撞中重味夸克喷注的产生

Heavy flavoured jets are important in many of today’s studies both as tests of QCD and as probes of hot and dense medium created shortly after the hard scattering. In this work, we take the advantages of the Monte Carlo Event Generator SHERPA to include higher order corrections of the parton showers in p+p collision as the baseline. Meanwhile we implement the Langevin transport description to develop a framework can simultaneously describe the evolution and energy loss of the light and heavy quark in the QGP medium. Within the framework, we employe the higher-twist approach to include the medium induced energy loss carried away by the radiative gluon. The framework not only include a more precise p+p baseline as the initial event particles list, but also provide a great opportunity to study the single inclusive b(c)-jet and bbbar-dijet in heavy ion collision. We will predict the nuclear modification factor, momentum balance of the bbbar di-jet production, angular correlation of the bbbar di-jet production in A+A collision. It is important for their further measurement in ATLAS and CMS in A+A collisions.

本项目计划利用蒙特卡洛事件发生器SHERPA产生的质子-质子碰撞事件中自然包含完全部分子shower多粒子效应的优势，基于重味夸克的郎之万输运描述及其蒙特卡罗事件模拟，发展一套同时描述重味夸克和轻夸克在QGP介质中演化和能量损失的演化框架。在该框架中，我们计划运用higher-twist方案来模拟由于轻夸克和重夸克与热密介质发生多重散射导致的介质诱导胶子辐射。该框架的搭建能够在理论上首次引入更加高阶的部分子shower修正作为研究基准输入，同时统一的描述轻、重夸克在QGP直接中的演化和修正，为研究单举b-jet和-dijet等重味夸克喷注事件的热密介质修正效应创造了机会，从而使得我们能够首次预言和研究在核-核碰撞中的核修正因子、双喷注事件的横动量平衡性、双喷注事件的角关联（p+p产生中的双峰现象）等观测量，对之后ATLAS和CMS的实验测量和事件参数的选取有重要的意义。

夸克和胶子是组成我们世界的基本粒子。在通常的温度和密度下，自由的夸克和胶子并不存在，他们被强相互作用禁闭于强子中，这种现象被称为色禁闭。在高能重离子碰撞实验中，我们已经证实了强相互作用系统在高温\高密条件下发生手征对称性的恢复和夸克的退禁闭现象，从而形成夸克-胶子等离子体（QGP）这一新的物质形态，而它的性质及用以研究其性质的实验信号一直都是高能物理学界关注的重点。 高能重离子碰撞初始的硬碰撞过程中产生的高横动量夸克和胶子在穿过稍后形成的 QGP 介质时会受到能量损失等修正的现象被广泛用来研究其相互作用性质。.本研究项目利用重味夸克的质量效应，以其来标记高能量粒子束（喷注），研究这样的重味喷注在热密介质中的修正性质既能够研究喷注在热密介质中传播的修正机制也能研究喷注-介质相互作用中的质量效应。为了达到这一目标，我们在本项目中基于郎之万输运方程发展了一套同时描述轻、重夸克在介质中的能量损失模型，在该模型中我们同时考虑弹性能量损失和辐射能量损失。并以该理论模型为工具研究高能重离子碰撞中重味夸克喷注的热密修正。分别从喷注的核修正因子、标记喷注的冷核效应、喷注子结构观测量、双喷注动量平衡性及角关联、标记粒子的扩散效应原理和事件观测量等方面开展研究，探究夸克的质量效应及其对能量损失机制带来的影响。其中，(bb bar)-dijet和单举dijet的动量平衡性和D介子在其标记喷注中的径向分布及其扩散效应，这两个工作分别发表在CPC和EPJC杂志中，也在两次国际会议中得到分组报告并发表在会议期刊中，其中后者被CMS发表于PRL中的实验报告作为唯一理论预言引用。 该研究成果对之后更加深入的研究重味喷注内部结构及重味夸克与热密介质相互作用中“死角效应”的观测有着重要意义。