Produkce těžkých kvarkonií na experimentu STAR

Abstract

Za normálních okolností jsou základní stavební kameny hmoty, kvarky a gluony, vázané v hadronech. Teorie silné interakce však předpovídá, že za podmínek vysoké hustoty energie a teploty přechází jaderná hmota do stavu tzv. kvark-gluonového plazmatu. Domníváme se, že tento stav hmoty byl přítomen u zrodu vesmíru krátce po velkém třesku a že se může formovat také ve vysokoenergetických srážkách těžkých jader. Jeden z nejvýznamnějších experimentů pro studium kvark-gluonového plazmatu je experiment STAR na urychlovači RHIC v BNL. Významnou sondou při zkoumání média vznikajícího ve srážkách ultrarelativistických ťažkých jader jsou těžké kvarky (c a b). Tato práce se zabývá fyzikou těžkých kvarků a podrobněji se věnuje jejich vázaným stavům ? kvarkoniím. Práce popisuje modely jejich vzniku a také efekty, které má na jejich produkci přítomnost jaderné hmoty. Předpovězené potlačení produkce těžkých kvarkonii v jádro-jaderných srážkách je považováno za jeden z hlavních znaků přítomnosti kvark-gluonového plazmatu. Existují však i jiné efekty, které mohou modifikovat produkci těžkých kvarkonií . Ty jsou však spůsobeny přítomností pouze studené jaderné hmoty, nikoliv kvark-gluonového plazmatu. Část práce je věnována právě těmto efektům. V závěru práce jsou diskutovány výsledky měření experimentu STAR a porovnány s vybranými výsledky z experimentů na urychlovačích SPS a LHC.

Under normal conditions, basic building blocks of matter, quarks and gluons, are bound within hadrons. The theory of strong interaction predicts that under conditions of high energy density and high temperature the nuclear matter may undergo a phase transition into a novel state of matter called quark-gluon plasma. We expect that this state of matter was present in the earliest stages of the universe shortly after the Big Bang and that can be experimentally recreated in high energy heavy ion collisions. The STAR experiment at RHIC at BNL is one of the foremost experiments in the study of quark-gluon plasma. An important probe in the study of the medium created in collisions of heavy ions are heavy quarks (c and b). This thesis discusses physics of heavy quarks and deals in more detail with quarkonia - bound states of quarks and antiquarks. The models of heavy quarkonia production together with modifications of the production due to the presence of surrounding nuclear matter are discussed. The suppression of heavy quarkonia production in heavy ion collisions has been considered a prominent signature of a presence of the quark-gluon plasma. Part of this work is dedicated to other effects which can also influence the heavy quarkonia production, but do not come from quark-gluon plasma. These are called cold nuclear matter effects. In the last part of this thesis measurements of the STAR experiment on the heavy quarkonia production are discussed and compared with selected results from experiments at SPS and LHC colliders.