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迄今为止，人类探索未知领域的步伐从未停止过，我们不断地尝试理解人类本身以及所生活的宇宙。什么是组成自然物质的最基本粒子?以及这些基本粒子间的相互作用有什么特性?根据标准模型，组成普通物质的基本粒子有3代夸克，3代轻子和4种传递相互作用的粒子(光子传递电磁相互作用，胶子传递强相互作用，W±，Z0玻色子传递电弱相互作用)。在通常情况下有强相互作用渐进自由的特性，夸克和胶子被束缚在普通强子中，而看不到自由的夸克或胶子，这种现象被称为“夸克囚禁”。但格点量子色动力学(LQCD)的理论计算预言在高温、高密的条件下，可以发生从普通强子相到退禁闭的夸克胶子等离子体(QGP)的相变过程。对于退禁闭相变的研究能检测基本的物理理论，并更进一步的揭示强相互作用的性质。而且这种退禁闭相变还认为出现在宇宙大爆炸后约几μs的时间内，因此对QGP特性的研究还有助于我们了解宇宙的演化。
在实验室条件下，人们通过加速重离子使其相碰而产生高能量密度或高重子数密度条件，从而为发生QGP相变提供可能。通过对碰撞末态产物的测量和分析，人们可以寻找到在碰撞过程中是否发生退禁闭的QGP相变的线索，并进一步研究相变所产生的热密介质的特性。在过去的30年里人们建造了SPS，AGS，RHIC等一系列加速器用于粒子物理和寻找QGP相交信号的研究。而今正在运行的大型强子对撞机(LHC)进行对撞的质心系能量约为RHIC能区的30倍，大型重离子对撞机实验(ALICE)是LHC上的四大重要实验之一，其重要目标是在质心系能量为5.5 TeV的铅-铅对撞下研究退禁闭相变和手征对称性恢复。实验运行早期的900 GeV(2009年底)和7 TeV(2010年)的质子-质子碰撞数据是研究重离子铅-铅在质心系为2.76 TeV(2010年底和2011年底)和为5.5 TeV碰撞性质的先行条件。
目前为止，在RHIC上所观测到的高动量强子的压低和末态强子的集体流效应都暗示退禁闭相变在RHIC能区似乎已经发生，而在ALICE实验中人们的工作重点将放在全面研究QGP物质的特性上。理论估计在LHC能区硬过程将占主导(98％)，这将导致硬散射末态丰富的粲和美夸克的产生，重夸克粲和美由于其强产生弱衰变的特点，它们的产生时间早于QGP相变，它们会穿越相变形成的热密物质并与其发生相互作用，这使得它们经历整个相交过程，携带了丰富的热密介质的信息。实验上是通过观测末态由重夸克碎裂而得到的带粲和带美的强子来获得重夸克的信息。所以对于在核-核碰撞的环境下重建和分析末态的重味强子是我们研究退禁闭物质特性的有利手段。在2010年和2011年运行7 TeV的质子-质子碰撞，作为对基本理论的检验和核-核碰撞的基准具有重要的意义。本论文主要讨论在ALICE实验中质心系能量为14 TeV的模拟环境下和7 TeV的实验环境下重味强子的重建，而在质心系能量为2.76 TeV的核-核碰撞下，重夸克将与碰撞末态产生的热密介质相互作用损失能量，通过与质子-质子碰撞下结果的对比来测量能量损失可更深入地揭示强相互作用的特性，也为探测QGP信号提供了途径。
第一章简单介绍了研究退禁闭相变的动机、LHC能区重夸克的物理和以往实验中有关重夸克的探测结果。在本工作中所用到的探测器以及ALICE实验中数据处理和分析的软件平台在第二章中介绍。由于ALICE实验的探测器系统可以粗略的分成中心桶部探测器系统(赝快度范围，-0.9<η<0.9)和向前区的μ子谱仪(赝快度范围，-4<η<-2.5)，我们也将分别在ALICE实验的中心区和向前区分别通过强子衰变道和半轻子衰变道对重味强子进行重建或探测。
第三章中主要讨论在ALICE实验中质心系能量为14 TeV的模拟环境下重味强子的重建，我们将通过推广CDF/Tevatron实验中，利用碰撞参数拟合法减除由美夸克衰变而来的次级D*介子。在LHC/ALICE实验中，由于内部径迹系统(ITS)的高分辨率使得在同步回旋加速器中重建短寿命的D*介子成为可能，同时由美夸克衰变的D*介子在高横动量pt区间占有可观的份额(约占15％)，这构成了初级D*介子信号的严重背景。本章节将推广Tevetron上所运用的用于排除次级D0介子背景的碰撞参数拟合法，用于LHC/ALICE实验中次级D*介子的背景排除，以提高初级D*介子重建的显著性和更精确的反映粲夸克的运动学特性。
第四章利用ALICE向前区的μ子谱仪，测量质心系能量为7 TeV的质子-质子碰撞下μ子横动量谱。基于我们对μ子产生模拟可行性研究，知道它的各种来源，包括美夸克衰变的μ子，粲夸克衰变的μ子，初级K/π衰变的μ子，分离部分背景，主要是假径迹，非μ子的强子，而次级K/π衰变的μ子在pt>2 GeV/c后可以忽略。利用中心区探测得的K/π谱，基于模型外推到向前区并使其衰变成μ子，然后扣除这部分背景。利用ALICE和LHCb向前区测得的J/ψ谱，外推到全空间并使其衰变成μ子，然后扣除这部分背景。我们最终将得到重夸克(美夸克和粲夸克)衰变的μ子谱，经过接收度和重建效率的校正后，归一到截面，并和理论预期FONLL进行比较。第五章利用ALICE向前区的μ子谱仪，测量质心系能量为2.76 TeV的铅-铅碰撞下μ子横动量谱。并和质子-质子碰撞下测得的μ子横动量谱进行比较，得到向前区重夸克的核修正因子。此外基于2011年铅-铅碰撞数据首次尝试抽出W±信号。