ALICE實驗粒子徑跡和噴注模擬研究

劉雯迪 閆玉良 胡守揚 李笑梅

摘? 要：在研究QGP過程中，實驗上觀測到的核-核碰撞中的核修正因子既有熱核物質效應又有冷核物質效應的貢獻，因此為了更為精細地了解熱核效應，就有必要全面認識冷核物質效應。小碰撞系統中橫動量分布、贋快度分布和方位角分布研究是研究冷核效應的基礎。該文通過采用蒙特卡羅事件產生器PYTHIA對pp碰撞分別從徑跡層面和噴注層面進行模擬，并通過用AliRoot重建了徑跡和噴注的橫動量分布、贗快度分布和方位角分布。

關鍵詞：ALICE? 模擬? PYTHIA

中圖分類號：TL37 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（a）-0002-02

1? 研究背景

探索核物質相變的信號和物理機制，探索新的核物質形態——夸克膠子等離子體（QGP） 是世紀之交物理學的重大前沿課題之一。歐洲核子中心（CERN）的當前世界上能量最高的大型強子對撞機LHC上的相對論重離子碰撞實驗ALICE，就是以探測QGP并研究其性質為目標的大型國際合作實驗。中國原子能科學研究院是ALICE實驗的初始成員單位，在ALICE實驗裝置的建設和物理研究中做出了重要貢獻。

在相對論重離子碰撞中，測量到的與QGP有關的信號不一定都來源于QGP，在系統演化過程中QGP 信號會受到冷核物質效應（CNM）的影響。冷核物質效應指碰撞過程中，與QGP的產生相獨立的各類反應的統稱。小碰撞系統中橫動量分布、贋快度分布和方位角分布研究是研究冷核效應的基礎。

2? 模擬方法

PYTHIA模型是模擬高能粒子碰撞的事件產生器，包含高能碰撞后發生的一系列過程，例如，硬散射過程、初態部分子和末態部分子簇射、部分子多重相互作用、束流殘余、強子化和強子衰變等。PYTHIA模型利用Lund弦碎裂模型強子化夸克和膠子。PYTHIA模型是用來描述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，專門用來處理ALICE 實驗得到的大量數據。通過這個框架可以進行事件模擬，事件重建和數據分析，和對小系統的數據進行采集抽樣和比對，來確定對探測器的一些參數調整以及結構進行優化。

3? 結果與討論

對ALICE探測器在粒子探測和噴注重建層面的表現進行模擬可以修正由于系統原因導致的測量誤差。模擬的事件由PYTHIA6 和PYTHIA8產生，再由GEANT3進行轉化。模擬出的結果和真實事件數據將在同一重建算法下計算，比如，對末態粒子層面的噴注尋找可以使用與真實數據同樣的挑選標準。

圖1（a）是根據硬散射過程中出現的反應的最大轉移橫動量來劃分區間，來對每個pt hard bin 進行帶電粒子產額統計。從0、15、30、50、80、120、170、300、500 GeV/c一共劃分出了8個區間，使每相鄰區間統計出的粒子產額相差在大致一個量級。因為高能帶電粒子本身產生的數目相較于低能粒子就會更少，而在出射過程中還會與介質發生強相互作用損失較大能量，導致高橫動量區間的粒子產額比低能橫動量區間的粒子少。而對比不同曲線直接的數值可以看到，隨著硬散射中心區最大的反應轉移橫動量增加，粒子產額數減少，這也是由于高反應轉移能量產生的高能粒子數目較少及更容易損失能量所導致的。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，用來確定一個粒子的空間點。粒子碰撞形成的空間類似于一個圓柱體，粒子入射方向也即碰撞方向是z軸，贋快度以對撞點為中心0，平行于z軸;方位角是垂直于z軸的平面，相當于圓柱體的橫截面，從0～2π。由圖中可以看出，粒子除了在轉移橫動量分布呈現趨勢外，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徑跡選擇沒有太大影響，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個橫動量區間。從圖2中可以看出，噴注分布趨勢，以及不同硬散射最大轉移橫動量區間的分布趨勢與徑跡分布一致。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

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