相对论重离子碰撞中确定QCD相边界的若干问题

为了从相对论重离子碰撞实验确定量子色动力学(Quantum Chromo-dynamics,QCD)所预言的相变临界点和相边界,必须考虑实验数据中非临界涨落、有限系统尺度、有限演化时间的影响。本文综述了这三方面工作的主要内容、结果和意义。对于非临界涨落,主要讨论了由于有限事件数对观察量测量的影响,估计了在相对论重离子对撞机(Relativistic Heavy-Ion Collider,RHIC)能量扫描区,精确测量高阶守恒荷高阶矩所需要的事件数。提出用泊松分布描述有限末态粒子数所致的统计涨落,将统计涨落和实验结果比较,发现统计涨落贡献为主,必须扣除泊松主导的统计涨落。提出混合事件方法,定义动力学累积矩为原始样本的累积矩减去混合样本的累积矩,利用多相输运模型(A Multiphase Transport Model,AMPT)的default模型重建了一个与之相对应的混合事件样本,结果表明:动力学累积矩确实能很好地扣除泊松样的统计涨落,尤其是中心度bin宽度和探测器效率的影响。对于有限系统尺度的影响,利用三维三态Potts模型研究了各种有限系统尺度下,它的磁化强度的高阶感应率在一级相变、临界点,以及平滑过渡区域的行为。发现在固定外场,穿越相边界的时候,从二阶到六阶磁化率都会出现非单调行为,或符号的变化,而且在三个相变区域,非单调行为类似。因此,仅从非单调行为不能区分不同级数的相变。进一步研究了磁化率的有限尺度标度行为,它们的标度指数在不同级数相变中是不一样的,可以区分不同级数的相变。根据观测量的有限尺度标度性,给出了用固定点确定临界参数的定量方法,并将该方法应用到三维三态Potts模型模拟产生的数据分析,展示了方法的精确有效性。对于非平衡演化的影响,采用Metropolis算法模拟了三维Ising模型在临界点附近从非平衡到平衡的演化过程。发现其序参量在演变过程中以指数形式趋近其平衡值,这与动力学朗之万方程给出的结果相同。临界温度下的平均弛豫时间随系统尺度的z次幂发散,表明它能很好地表示动力学方程中的弛豫时间。非平衡演化过程中序参量的三阶矩和四阶矩会出现正、负值震荡,符号取决于观测时间,结果与平滑过渡区动力学模型一致。研究还发现,在平滑过渡区,非平衡演化持续时间非常短,非平衡对观察量的影响非常弱;但是在一级相变线上,非平衡弛豫的时间非常长,非平衡豫影响不可忽略。这些定性特征对实验确定QCD的临界点和相边界具有重要的指导意义。

相对论重离子碰撞的纵向流分布与碰撞能量关系的研究

利用相对论纵向非均匀集体流模型 ,讨论较大的碰撞系统 (Au Au和Pb Pb作用 )分别在AGS、SPS和RHIC能区的重子纵向集体流分布特征 .发现 :能量越高 ,纵向流的非均匀分布特征越强 ,即在最新的RHIC能区所产生的粒子系统具有很强的非均匀分布特征 ,表现为很强的核透明性 .这一研究不仅可以帮助了解最新的RHIC能区的粒子分布特征 。

LHC能量下相对论重离子碰撞中初态核效应对直接光子谱的影响

在次领头阶部分子模型的基础上,通过采用不同的初态核效应参数化因子,研究了相对论重离子碰撞中初态核效应对直接光子谱的影响,计算了p+A和A+A对心碰撞中直接光子的核修正因子.这对研究相对论重离子碰撞寻找夸克胶子等离子体是非常重要的.

相对论重离子碰撞中初态核效应对直接光子谱的影响

在次领头阶部分子模型的基础上,通过采用不同的初态核效应参数化因子,研究了相对论重离子碰撞中初态核效应对直接光子谱的影响,计算了p+A和A+A对心碰撞中直接光子的核修正因子,这对研究相对论重离子碰撞寻找夸克胶子等离子体非常重要.

LHC能区相对论重离子碰撞中的双轻子产生及其信号与背景的研究(英文)

在微扰QCD框架下,描述了强子-强子(p-p)作用中重夸克cc和bb的产生;基于Glauber模型,考虑核遮蔽效应,推广强子-强子相互作用到核-核(A-A)情况.模拟了LHC能区铅-铅(Pb-Pb)碰撞中重夸克产生和轻子衰变,预言了ALICE向前区域的μ子产生率和双μ不变质量谱,讨论了μ子产物的实验观察效应;建议了一种进行数据分析、抽出μ子对信号和背景产物的物理方案,预言了ALICE实验中关联μ子对的测量精度,解决了ALICE实验中复杂μ子产物的分离技术.

相对论重离子碰撞中背景磁场的计算与分析

通过洛伦兹变换推导了相对论匀速运动点电荷磁场公式.在此基础上得到了相对论重离子碰撞中背景磁场的计算公式,并考虑原子核在纵向的厚度.对RHIC能区Au-Au碰撞和LHC能区Pb-Pb碰撞所产生的磁场进行了数值计算,着重讨论了原点磁场的能量依赖性质并给出了直观的定性解释.

相对论重离子碰撞中光子-光子相互作用的碰撞参数依赖性

在相对论重离子碰撞中,接近光速的重离子产生的超强电磁场,由于洛伦兹收缩效应可等效为线性极化的准实光子,进而诱发光子-光子相互作用产生正负轻子对.相对论重离子对撞机RHIC和大型强子对撞机LHC上的国际合作实验在非超周边重离子碰撞中观测到相干光致产生过程,发现正负轻子对的横动量分布相比于其在超周边碰撞发生显著的展宽,为研究解禁闭物质--夸克胶子等离子体的电磁性质提供了新途径.本文主要回顾相对论重离子碰撞中光子-光子相互作用对碰撞参数依赖的实验研究,并讨论其在侦测夸克胶子等离子体电磁性质方面的重要意义.

相对论重离子碰撞中π介子椭圆流劈裂

近年来,美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机上正在进行着束流能量扫描实验,STAR国际合作组的研究人员发现π介子椭圆流劈裂与电荷不对称度存在着线性关系.该现象被认为是手征磁波效应的重要信号.本文基于拓展的多相输运模型,利用三味Nambu-Jona-Lasinio(NJL)模型研究了构成π+和π-介子不同的夸克同位旋平均场势,为解释π介子椭圆流劈裂与电荷不对称度线性关系的实验现象提供了新思路,可为同质异素体碰撞以及致密星体中夸克物质同位旋效应研究提供理论依据.

相对论重离子碰撞中双轻子测量取得新进展

相对论重离子碰撞提供了在实验室条件下研究高温高密的量子色动力学（QCD）新物质形态的理想环境。位于美国纽约的相对论重离子对撞机（RHIC）以及欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC）多年的实验表明,在极端相对论能量的重离子碰撞中可能形成了一种强耦合的夸克-胶子物质（sQGP）,这些实验结果大多都来自于末态强子的测量,可能在系统演化过程中受到强相互作用影响。而双轻子、光子等电磁探针不参与强相互作用,能够逃离碰撞产生的强相互作用介质而不受影响,因此它们可以提供碰撞系统最干净、

相对论重离子碰撞中的喷注淬火效应

相对论重离子碰撞中产生了高温高密解禁闭的夸克胶子等离子体(QGP),研究QGP的性质是高能核物理目前最重要的物理目标之一.其中,应用喷注淬火作为硬探针研究QGP的性质是一个非常重要的手段.喷注淬火指的是相对论重离子碰撞中产生的高能部分子穿过QGP时,通过强相互作用导致的能量损失效应.本文主要介绍喷注淬火效应的最新研究进展,具体包含喷注淬火效应对强子、喷注和喷注子结构的介质影响,以及目前理论上面临的问题和困难.

相对论重离子碰撞中间歇的研究进展

探索QCD物质相结构和寻找QCD临界点是高能核物理研究的热点之一。三维Ising-QCD理论认为,临界间歇是QCD临界点的特征信号之一,而相对论重离子碰撞实验中间歇的测量是研究QCD相结构的重要实验探针。本工作简要介绍近年来相对论重离子碰撞中间歇的研究进展。在实验方面,主要介绍RHICSTAR实验中金+金的带电强子的间歇测量结果,以及SPS-NA61/SHINE实验中氩+钪的质子的结果;在模型方面,简要介绍混合UrQMD+CMC模型的结果。最后展望了关于间歇的下一阶段研究。

α集团结构在相对论重离子碰撞中的效应

相对论重离子碰撞的主要物理目标是寻找夸克-胶子等离子体(QGP)物质状态,并研究其性质.在开展相对论重离子碰撞物理研究的数十年中,人们在实验和理论上提出了各类探针来探测QGP信号,并通过这些观测量研究QGP的性质,集体流是其中最重要的探针之一.相对论流体力学对集体流的描述表明,非对心碰撞区域形成的火球在向外膨胀过程中,动量空间逐渐呈现各向异性的分布,这一分布特性直接受到碰撞初态位置空间的影响.近些年,随着研究的深入,人们关注到了一些引人深思的问题,如对心碰撞中是否存在椭圆流的信号?原子核的初态形变对末态动量空间产生怎样的影响?特殊核结构是否在集体流等观测量中呈现可辨认的信号?针对这些问题,国际上已经开展了一些研究工作,而且部分的理论研究工作已催生了新的实验测量.据此,一方面有必要对这些研究历程进行梳理,供今后的研究参考.另一方面,有必要讨论通过相对论重离子碰撞研究核结构问题的可能性.本文以α集团结构为例,对上述研究进行一个回顾,并对高能核-核碰撞作为核结构研究的新途径进行探讨.

通过相对论重离子碰撞研究中子皮和核对称能

相对论重离子碰撞的末态产物的分布可以非常直接地反映碰撞的初态几何,然而这些效应通常被淹没在热密物质演化的各种不确定性中.相对论同量异位素核碰撞是把^(96)Ru核(钌-96)和^(96)Zr(锆-96)核加速到接近光速进行的碰撞.由于其高度相似性,我们可以通过对比两个系统观测量的差异来消除热密物质演化带来的不确定性,从而达到探寻相应核密度分布的细节,因此同量异位素核碰撞是测量核结构的绝佳平台.本文简要综述了核结构对同量异位素核碰撞的重要影响,并讨论在此类核碰撞中测量中子皮及核对称能的一些方法.

相对论重离子碰撞中的重夸克势

在高温高密的夸克胶子等离子体(QGP)中,重夸克的相互作用势会受到周围部分子的影响而发生改变。一般认为,重夸克偶素的相互作用势的实部应该介于重夸克偶素的自由能F和内能U之间,且具体形式依赖于温度。而重夸克偶素的虚部相互作用势则来自朗道阻尼效应。基于含时薛定谔方程模型,采用不同的重夸克相互作用势,研究重夸克偶素的波函数在QGP中的演化,并计算重夸克偶素的核修正因子。通过同时考虑冷核效应和热核效应,把理论计算的底夸克偶素的核修正因子与实验数据对比,发现当重夸克偶素的实部相互作用势接近内能U时,能够较好地解释实验现象,并能看到不同底夸克偶素的连续压低现象,即更高激发态的底夸克偶素由于其自身束缚能更小而更容易被解离。薛定谔方程模型,有利于建立有限温度重夸克势与实验观测量之间的直接联系,并确定相互作用势的形式。

相对论重离子碰撞中π对相对动量分布

在π源动量分布的高斯分布下，给出了相对论重离子碰撞中非关联π对和关联π对的相对动量分布．用关联π对的相对动量分布得到球形高斯分布π源参数与椭球形高斯分布π源参数的解析关系，与相对论重离子中心碰撞１．８ＡＧｅＶ Ａｒ＋Ｐｂ的实验结果进行了对比．当π源温度更高时，应当用 ｐ１（ｐ）＝Ｎ·ｅｘｐ（－ｍ２＋ｐ２／Ｔ）进行计算．

相对论重离子碰撞中的热解冻和纵向非均匀集体膨胀流

把非均匀纵向流模型推广到包括横向膨胀流 ,并计算K介子 ,Λ和质子的快度分布 .这些模型的计算结果能较好地解释CERN SPS 2 0 0AGeV c能量下S S碰撞以及 1 58AGeV c能量下Pb Pb碰撞的实验结果 .并且能够自然地解释实验中出现的中心下凹 (centraldip)现象 .

相对论重离子碰撞中集合流对2π干涉学分析的影响

用小相对动量区域 2π干涉学分析方法研究了相对论重离子碰撞中集合流对 2π干涉学分析的影响 。

超相对论重离子碰撞中小相对动量区域 2π干涉学

用小相对动量区域π干涉学方法给出了超相对论重离子碰撞中两种模型下π源参数的关系 ,并与 2 0 0AGeVO +Au碰撞的实验结果进行了对比 .

相对论重离子碰撞实验中混合事件方法的研究

把RQMD(RelativisticQuantumMolecularDynamics)产生器产生的数据输入作为原始事例取样 ,讨论了在比较复杂的背景情况下 ,一种新的混合事件方法 ,用以证实在相对论重离子碰撞实验中高能量激发共振态的存在 .并以共振态重子Δ+ +

相对论重离子碰撞中粒子产生和/比率

利用强子输运 -弦碎裂模型研究了 2 0 0AGeV重离子碰撞中 Λ多重产生和 Λ / p比率 .研究了它们随反应系统大小和碰撞中心度的变化 .研究表明 Λ和 p多重数都随反应系统增大和随碰撞中心度提高而增大 ,但它们的比率基本保持不变 . Λ的湮没截面大小变化对 Λ的多重数产生有一定影响 ,但对 Λ / p比率影响不大 .结果很好地再现了 pp反应中 Λ/ p比率 .并获得这一比率在AA反应中是pp反应中的 3—