ALICE实验粒子径迹和喷注模拟研究

刘雯迪 闫玉良 胡守扬 李笑梅

摘  要：在研究QGP过程中，实验上观测到的核-核碰撞中的核修正因子既有热核物质效应又有冷核物质效应的贡献，因此为了更为精细地了解热核效应，就有必要全面认识冷核物质效应。小碰撞系统中横动量分布、贋快度分布和方位角分布研究是研究冷核效应的基础。该文通过采用蒙特卡罗事件产生器PYTHIA对pp碰撞分别从径迹层面和喷注层面进行模拟，并通过用AliRoot重建了径迹和喷注的横动量分布、赝快度分布和方位角分布。

关键词：ALICE  模拟  PYTHIA

中图分类号：TL37    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）10（a）-0002-02

1  研究背景

探索核物质相变的信号和物理机制，探索新的核物质形态——夸克胶子等离子体（QGP） 是世纪之交物理学的重大前沿课题之一。欧洲核子中心（CERN）的当前世界上能量最高的大型强子对撞机LHC上的相对论重离子碰撞实验ALICE，就是以探测QGP并研究其性质为目标的大型国际合作实验。中国原子能科学研究院是ALICE实验的初始成员单位，在ALICE实验装置的建设和物理研究中做出了重要贡献。

在相对论重离子碰撞中，测量到的与QGP有关的信号不一定都来源于QGP，在系统演化过程中QGP 信号会受到冷核物质效应（CNM）的影响。冷核物质效应指碰撞过程中，与QGP的产生相独立的各类反应的统称。小碰撞系统中横动量分布、贋快度分布和方位角分布研究是研究冷核效应的基础。

2  模拟方法

PYTHIA模型是模拟高能粒子碰撞的事件产生器，包含高能碰撞后发生的一系列过程，例如，硬散射过程、初态部分子和末态部分子簇射、部分子多重相互作用、束流残余、强子化和强子衰变等。PYTHIA模型利用Lund弦碎裂模型强子化夸克和胶子。PYTHIA模型是用来描述ALICE 离线分析采用的框架是AliRoot，是一种基于Root 的代码，由C++编写，专门用来处理ALICE 实验得到的大量数据。通过这个框架可以进行事件模拟，事件重建和数据分析，和对小系统的数据进行采集抽样和比对，来确定对探测器的一些參数调整以及结构进行优化。

3  结果与讨论

对ALICE探测器在粒子探测和喷注重建层面的表现进行模拟可以修正由于系统原因导致的测量误差。模拟的事件由PYTHIA6 和PYTHIA8产生，再由GEANT3进行转化。模拟出的结果和真实事件数据将在同一重建算法下计算，比如，对末态粒子层面的喷注寻找可以使用与真实数据同样的挑选标准。

图1（a）是根据硬散射过程中出现的反应的最大转移横动量来划分区间，来对每个pt hard bin 进行带电粒子产额统计。从0、15、30、50、80、120、170、300、500 GeV/c一共划分出了8个区间，使每相邻区间统计出的粒子产额相差在大致一个量级。因为高能带电粒子本身产生的数目相较于低能粒子就会更少，而在出射过程中还会与介质发生强相互作用损失较大能量，导致高横动量区间的粒子产额比低能横动量区间的粒子少。而对比不同曲线直接的数值可以看到，随着硬散射中心区最大的反应转移横动量增加，粒子产额数减少，这也是由于高反应转移能量产生的高能粒子数目较少及更容易损失能量所导致的。图1（b）（c）为径迹层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种维度参量，用来确定一个粒子的空间点。粒子碰撞形成的空间类似于一个圆柱体，粒子入射方向也即碰撞方向是z轴，贋快度以对撞点为中心0，平行于z轴;方位角是垂直于z轴的平面，相当于圆柱体的横截面，从0～2π。由图中可以看出，粒子除了在转移横动量分布呈现趋势外，在贋快度分布和方位角分布中都趋平，意味着贋快度和方位角对径迹选择没有太大影响，显示了各向同一性。

图2（a）为重建的喷注截面，同样分为上述8个横动量区间。从图2中可以看出，喷注分布趋势，以及不同硬散射最大转移横动量区间的分布趋势与径迹分布一致。图2（b）（c）为重建层面喷注截面的贋快度分布和方位角分布。同样显示出方位角和贋快度上的各相同性。

参考文献

[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.