【摘 要】
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强相互作用力（也被称为核力）,是自然界四种基本相互作用力之一,它将核子（质子与中子）束缚形成原子核并支配着自然界中90%以上的可见物质。量子色动力学（Quantum Chromodynamics,QCD）是描述强作用力的现代理论。组成物质的基本单元—夸克与胶子,被强作用力禁闭在核子中,因此在自然界没有发现自由的夸克与胶子。高温高密核物质相图是核物理研究领域的前沿和热点。格点QCD预言在高温低重子密
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强相互作用力（也被称为核力）,是自然界四种基本相互作用力之一,它将核子（质子与中子）束缚形成原子核并支配着自然界中90%以上的可见物质。量子色动力学（Quantum Chromodynamics,QCD）是描述强作用力的现代理论。组成物质的基本单元—夸克与胶子,被强作用力禁闭在核子中,因此在自然界没有发现自由的夸克与胶子。高温高密核物质相图是核物理研究领域的前沿和热点。格点QCD预言在高温低重子密度区域,强子物质和夸克胶子等离子体之间发生的相变是平滑穿越,而基于量子色动力学（QCD）有效模型计算表明在高重子密度区域,他们之间是—阶相变。因此,如果平滑穿越和—阶相变边界真的如理论所预言,那么在—阶相变边界延伸到平滑穿越区—定会存在—个终结点,被称为QCD相变临界点。QCD临界点的实验确认将是探索强相互作用物质相结构的里程碑,具有重要科学意义。为了在这一具有潜在重大发现的研究方向上占据领先地位、取得突破,各个国家纷纷建造大型粒子探测器、开展重离子碰撞实验（包括:美国RHIC-STAR能量扫描实验,德国CBM实验、俄罗斯NICA实验、日本J-PARC实验以及中国兰州CSR外靶CEE实验）,其主要物理目标就是研究高温高密核物质相图结构、寻找QCD相变临界点。在束流能量扫描（BES）项目的第一阶段,位于美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）使用STAR探测器,通过加速重离子完成了金金每核子对的质心碰撞能量为7.7,11.5,14.5,19.6,27,39,54.4,62.4和200 GeV的数据采集。这就使我们能够探索相图中比较宽广的区域,有利于临界点的寻找。在这篇论文中,我们完成了在金金对撞中质心碰撞能量为（?）=7.7-200GeV,在中心快度区间（|y|<0.5）和横动量区间为0.4<pT<2.0 GeV/c内,质子,反质子和净质子数分布的直到四阶累积矩以及它们的比值和（反）质子的关联函数的测量:铜铜碰撞中,质心碰撞能量为（?）=22.4,62.4和200 GeV下,在中心快度区间（|y|<0.5）和横动量区间为0.4<pT<0.8 GeV/c内,质子,反质子和净质子数分布的直到四阶累积矩以及它们的比值:金金碰撞固定靶实验中碰撞能量为（?）=4.5 GeV下,在快度区间为-2<y<0和横动量区间为0.4<pT<2.0 GeV/c内,（反）质子数分布的直到四阶累积矩以及它们的比值。各阶累积矩和它们的比值可以表示为碰撞中心度,快度和横动量和能量的函数。我们观察到在最中心（0-5%）金金碰撞中,C4/C2这一比值随着能量呈现出非单调变化的趋势,其偏离值为3.1σ。为了理解横动量接受度,净重子与净质子和净重子数守恒的影响,在STAR接受度范围中进行了输运模型UrQMD和强子共振气体（HRG）模型计算。金金碰撞中C3/C2和C4/C2的UrQMD和HRG模型计算显示出随着能量的单调变化。我们也与具有QCD相变临界点的模型相比较,发现实验测量得到的C4/C2,其碰撞能量的依赖性符合理论模型的预期结果。此外,从测得的累积量中,我们提取出质子和反质子的的关联函数,发现质心能量在7.7 GeV时中心碰撞中质子分布的C4/C2值增大是由于四粒子关联。我们在RHIC第一阶段能量扫描的守恒荷涨落测量中,首次观测到净质子数四阶涨落对碰撞能量的非单调依赖（3.1σ显著性）,该实验测量为寻找QCD相变临界点提供了重要实验依据,也为RHIC第二阶段能量扫描以及STAR固定靶实验中守恒荷涨落的高精度测量奠定了基础。这篇文章组织结构如下。第一章主要介绍了分析的目的和实验中所需要的观测量,以及这些量在统计与概率中的表示。在第二章中,我们简单介绍了 RHIC上的STAR探测器及其子探测器的结构和功能。第三章中主要介绍了在实验分析中的细节,数据选择,事件选择,粒子鉴别,中心度的定义,以及净质子数的分布和模型简介。第四章主要研究了一些效应对于结果的影响,例如中心度宽度修正和有限探测器效率修正。最后一章中我们将会呈现实验的计算结果,包括在金金对撞中的质心系模式和固定靶模式以及铜铜对撞,并进行讨论和实验的发展前景。
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