在标准模型（SM）中,原子核中的质子和中子是由更为基本的粒子一夸克和胶子组成,夸克和胶子之间的强相互作用由量子色动力学（QCD）来描述,然而,由于QCD色禁闭的性质,我们在自然界中无法观测到自由的夸克或胶子。正在欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC）和美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC上进行的高能重离子对撞实验为我们开辟了研究解禁闭的QCD物质的崭新道路。高能核-核碰撞将大量能量沉积到极小的碰撞区域,从而产生了极端的高温、高密环境,夸克和胶子在这种极端条件下实现解禁闭,形成一种新的物质状态一夸克胶子等离子体（QGP）,研究QGP的性质对我们理解QCD这一基础理论有着重要意义。然而,由于高能核碰撞中产生的QGP存在时间很短（约为10fm/c）,人们往往需要借助特定的探针对其性质加以研究。初始时刻的硬碰撞产生的大横动量部分子在穿过QGP物质时会与介质发生相互作用而造成能量损失,我们将其形象地称作“喷注淬火”,喷注淬火效应是当前研究QGP性质的强有力探针,在实验和理论上都有着极为广泛的研究。在本文中,我们将基于次领头阶微扰QCD结合部分子簇射（NLO+PS）精度的理论计算,并由2+1D粘滞性流体力学模型模拟QGP物质的时空演化,考虑冷核物质效应（CNM）及介质中部分子的弹性和非弹性能量损失,来研究重味喷注在高能重离子碰撞中的喷注淬火效应。高能核碰撞中,重夸克质量远大于QGP温度,因此很难由热相互作用产生,其主要产额来源于初始的部分子硬碰撞,且产生时间早于QGP形成时间,此后重夸克将经历整个QGP演化并与介质发生相互作用,从而记录QGP的介质信息,因此是探测QGP性质有效的硬探针。近年来,在RHIC和LHC上观测到的重味介子（D介子和B介子）的产额压低RAA和椭圆流v2受到了高能物理学界的广泛关注,大量理论模型被建立起来用以描述这些实验现象以及理解其背后的物理机制。目前一般认为,重夸克在介质中的能量损失主要包含与介质中的热部分子发生弹性碰撞引发的弹性能量损失以及介质诱导胶子辐射引发的非弹性能量损失,但对于这两种能量损失的相对贡献目前尚没有统一的认识。另一方面,喷注淬火的质量效应已成为重离子碰撞物理学研究的热点之一。由于重夸克具有较大质量,理论预言其介质诱导胶子辐射概率在小角度会被极大压低,称为“死角效应”,死角效应的存在会使重夸克在介质中的能量损失明显小于轻夸克和胶子,然而实验上尚未观测到这种明显的差异。而且,目前实验上对重夸克的测量一般都是通过重建重味介子,由于缺乏对强子化这一非微扰过程的理解,当前对重味介子的研究还相当依赖于唯象的强子化模型,这对理论计算也提出了挑战。近几年来,高能重离子碰撞中的重味喷注观测量在LHC上取得较大进展,顾名思义,重夸克喷注是被重夸克或重味介子标记的喷注,作为后起之秀,重味喷注的优势在于其末态观测量几乎不受强子化这一非微扰过程的影响,研究重味喷注的核修正效应对揭示重夸克在介质中的能量损失机制、探索QGP的性质以及理解“喷注淬火”的质量效应都有着重要意义。重夸克在穿过QGP的过程中与介质发生相互作用,引起能量损失的同时也伴随着横动量展宽,这种横动量展宽效应可以理解为在动量空间的扩散效应。最近CMS实验组测量5.02 TeV铅-铅碰撞中喷注内部D介子的径向分布的核修正效应使得在实验上观测这种扩散效应成为可能。在对重夸克在喷注内部扩散效应的研究中,我们首次在理论上计算了LHC能区质心能量5.02 TeV质子-质子碰撞和铅-铅碰撞中D介子在喷注内部的径向分布,并与CMS合作组的测量结果进行了比较,我们的计算能很好地解释实验现象。我们的结果表明,在核-核碰撞中,较低横动量4-20 GeV的粲夸克在喷注中的径向分布有明显的介质修正效应,在靠近喷注中心区域出现压低而在喷注外围出现升高,表现出明显的粲夸克在喷注内部由内而外的扩散效应,而在较高横动量的粲夸克（pT>20 GeV）,核修正效应并不明显。为了深入理解粲夸克在喷注中的这种扩散效应,我们分别对弹性碰撞和非弹性碰撞中粲夸克发生角偏移Δr的机制进行了讨论,我们发现在较低横动量角偏移效应较强,而随着横动量增大,角偏移迅速减小,从而很好地解释了CMS的实验测量结果。在低横动量区域（0-5 GeV）,主要的角偏移贡献来自于弹性碰撞,而在高横动量则主要是非弹性碰撞过程中辐射胶子引起的动量反弹,这能够帮助我们理解粲夸克在不同动力学区域的介质相互作用机制。在对Δr/ΔE的计算中,我们还发现损失同样多的能量,弹性碰撞引起的角偏移效应更大。低横动量粲夸克在喷注中明显的扩散效应为我们理解不同动力学区间重夸克的能量损失提供了新的视角,并且未来对这个观测量的持续测量有望进行更精确的输运参数提取,并为不同模型计算提供新的约束。与此同时,我们还对具有更大质量的底夸克喷注的径向分布进行了计算,发现在不同的动力学区间与粲夸克喷注的径向分布有较大区别,底夸克更倾向于分布在喷注外围,粲夸克则更倾向于分布在喷注中心,我们证实了这种区别主要来源于粲夸克和底夸克的质量不同,而正是这种区别导致他们在核-核碰撞中出现不同的修正效应。最后我们预言了粲夸克喷注在RHIC上质心能量200 GeV的金-金碰撞和LHC上质心能量5.02 TeV的铅-铅碰撞中的产额和核修正因子RAA,我们发现由于5.02 TeV初始横动量谱（pp-baseline）在高横动量区域的分布相比200 GeV更平缓,导致LHC能区的核修正因子随pT有较大抬升（从0.4升高到0.6）,而在RHIC能区则没有明显的横动量依赖。微扰QCD计算预言重夸克在介质中辐射胶子存在死角效应,因此重夸克喷注的能量损失比单举喷注的能量损失小,受到的核修正效应也更小,但实验上尚未找到明确的证据。最近,CMS实验组测量了高能核-核碰撞中单举喷注和底夸克喷注的核修正因子RAA、双喷注和双底夸克喷注的横动量不平衡xJ,这些测量结果在一定程度上为重夸克喷注能量损失质量效应的存在提供了佐证。在本文中,基于部分子能量损失的框架,我们首次从理论计算的角度讨论了底夸克喷注的介质修正效应并与单举喷注进行了对比。通过比较2.76 TeV铅-铅碰撞中单举喷注和底夸克喷注的核修正因子RAA,我们发现底夸克的质量效应会反映到喷注产额压低上,导致较低的横动量区域底夸克喷注的RAA相对较高,而在高横动量区域底夸克的质量效应消失,二者的产额压低趋于相同。此外,根据CMS的事件挑选方法,我们还计算了“背对背”的双喷注和双底夸克喷注的横动量不平衡xJ,背对背的限制条件极大压低了”胶子劈裂”（GSP）过程产生的底夸克喷注的贡献,我们的计算表明双底夸克喷注的横动量不平衡的介质修正比双喷注小,一定程度上为喷注淬火的质量层级效应提供了证据,并且我们的结果也与CMS实验组的测量一致。我们通过计算铅-铅碰撞中双底夸克喷注角关联（Δbb）的核修正发现,较小的ΔΦbb区域相对压低效应更强,这造成了在归一化的Δbb分布中小角度压低、大角度升高,我们发现通过计算不同角关联区域对应的领头底夸克喷注和次领头底夸克喷注的平均横动量能很好解释这一现象:张角较小的双底夸克喷注携带的横动量明显小于大张角双底夸克喷注,尤其是对于次领头底夸克喷注。此外,基于对核-核碰撞中单举喷注喷注形状的良好描述,我们计算并比较了单举喷注、粲夸克喷注和底夸克喷注在5.02 TeV铅-铅碰撞中的喷注形状介质修正,我们发现粲夸克喷注与单举喷注行为相似,而底夸克则明显表现出更强的核修正效应,尤其是在小角度的升高和中间角度区域的压低,这一结果直接反映了底夸克的质量效应,未来关于底夸克喷注在重离子碰撞中的实验测量有希望解开重夸克质量层级效应的困惑。矢量玻色子标记喷注是研究QGP性质的“golden channel”,这是因为一方面喷注与QGP介质发生相互作用损失能量,另一方面矢量玻色子不参与强相互作用,且很好地记录了喷注的初始能动量信息,因此便于研究喷注在介质中发生相互作用的强度及QGP的性质。矢量玻色子标记的重味喷注将是研究QGP性质和喷注淬火效应的新的工具,但这方面的研究还比较欠缺。在本文中,通过基于SHERPA的模拟,我们计算了质子-质子碰撞中Z0+b-jet的产额和方位角分布ΔΦbZ等观测量,并能很好符合CMS的实验数据,通过我们的能量损失方法计算了Z0+jet的角关联ΔΦbb和动量不平衡xjZ的介质修正,并能较好符合此前CMS的测量结果。以此为基础,我们首次计算了 5.02 TeV铅-铅碰撞中Z0+b-jet角关联的介质修正。我们发现介质效应对Z0玻色子和底夸克喷注的角关联修正并不依赖于ΔΦbZ,而是表现为均匀的压低,这与Z0+jet的情形有所不同,部分原因是因为Z0+b-jet事件挑选条件将多喷注过程的贡献排除。在我们对Z玻色子标记的双喷注间角关联的计算中发现,在小ΔΦbb区域的压低效应相比大ΔΦbb区域更强。为此我们提出了分析标记喷注分布的方法,发现在值较小的区域能量损失引起的压低效应更强,而不是表现为期待的角关联展宽,这一研究有助于我们理解不同标记喷注方位角关联的核修正效应。另一方面,得益于Z0玻色子中夸克喷注的主导贡献,我们期望从比较Z0+jet和Z0+b-jet的核修正效应来研究喷注淬火的质量效应。我们通过比较Z0+jet和Z0+b-jet在质子-质子和铅-铅碰撞中的横动量不平衡,发现同等条件下xjZ的偏移明显大于xbZ,还通过比较Z0+jet和Z0+b-jet在铅-铅碰撞中的核修正因子IAA发现轻夸克喷注的产额压低效应明显比底夸克喷注更强。我们的研究从末态观测量的角度为理解喷注（重夸克喷注）介质修正的质量效应提供了新的途径,有望在未来LHC的实验观测中得到验证。