夸克物质中的超子整体极化与矢量介子自旋排列

相对论重离子对撞机RHIC上超子整体极化和矢量介子自旋排列的实验发现证实了近20年前提出的理论.该理论预言和实验测量开辟了一种从自旋这个新的自由度来研究高能重离子碰撞中产生的高温高密核物质特性的新途径.本文简略回顾了整体极化理论提出和实验发现,总结了现有大科学装置上的相关测量进展,以及国际上现有的多种理论解释.同时,简要介绍了STAR探测器近期升级所带来的物理机遇.

RHIC能区Au+Au碰撞中带电粒子直接流与超子整体极化的计算与分析

非对心的相对论重离子碰撞中,不参与碰撞的核子会对参与碰撞的核子产生纵向拖拽,形成一个相对于纵向倾斜的夸克胶子等离子体(QGP)火球.同时,对撞的原子核可将巨大的轨道角动量沉积于QGP中,使其中的部分子沿系统总角动量方向发生自旋极化.在光学Glauber模型基础上,本文构建了倾斜的三维QGP初态条件,并结合3+1维黏滞流体力学模型CL Visc,研究了重离子碰撞的末态带电粒子的直接流和Λ/Λ超子的整体极化.计算表明,倾斜的初态条件与流体力学模型的结合能够较好地描述RHIC-STAR实验上观测到的直接流与超子整体自旋极化的数据.这为人们利用这些观测量进一步约束重离子碰撞产生的核物质的初始几何与运动学状态提供了理论依据.

强相互作用自旋-轨道耦合与夸克-胶子等离子体整体极化

在非对心相对论重离子碰撞中,参与反应的原子核物质系统具有巨大的初始轨道角动量,经过强相互作用的自旋-轨道耦合,这一巨大的轨道角动量可以转化为产生的夸克-胶子等离子体的整体极化.整体极化效应在理论上提出后,首先被美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机上的STAR实验所证实,激发了人们对相关问题的研究,成为重离子碰撞物理研究的一个新方向——重离子碰撞自旋物理.本文简单回顾了整体极化原始基本思想、理论计算体系与主要结果以及近几年的理论进展.

重离子碰撞中QCD物质整体极化的实验测量

高能重离子碰撞中Λ超子和φ, K*0矢量介子的整体极化的实验数据证实了夸克物质整体极化的新现象,引起了研究人员的广泛关注,成为高能核物理前沿新的热点研究方向.本文主要从实验测量上回顾整体极化研究,着重阐述相对论重离子对撞机(RHIC)上的螺旋径迹探测器(STAR)合作组在不同对撞能量点开展的Λ超子和φ, K*0介子的整体极化测量结果,并拓展到含有多个奇异夸克粒子Ξ,Ω的整体极化测量和Λ沿着束流方向的局域极化研究.本文也将简单点评大型强子对撞机(LHC)能区和HADES实验低能区的测量结果,并对这些实验结果给出的物理信息进行简单描述.

一维自旋极化输运方程的整体适定性

研究一类自旋极化输运方程的整体适定性。在自然的条件下,利用能量估计得到一维自旋极化输运方程的整体适定性。

相对论自旋流体力学

近年来,随着重离子碰撞实验中超子自旋极化与矢量介子自旋排列现象的发现,关于夸克胶子物质中自旋输运的理论研究也得到蓬勃发展,其中包括相对论自旋流体力学,它是描述自旋输运的流体力学理论.本文对相对论自旋流体力学的近期发展进行了综述,主要包括以下内容:(1)相对论自旋流体力学基本方程的推导,包括宏观的唯象学推导、基于有效场论的推导以及基于输运理论的推导;(2)该理论框架的一些特殊性质,包括能动量张量中的反对称结构以及赝规范变换性质等;(3)在Bjorken和Gubser膨胀体系中的解析解及其对于重离子碰撞物理的意义.

重离子碰撞中的矢量介子自旋排列

在非对心相对论重离子碰撞中,参与反应的系统具有巨大的轨道角动量,从而使产生的夸克胶子等离子体具有极强涡旋场,并通过自旋-轨道相互作用导致部分子的自旋极化,经过强子化导致重子的自旋极化以及矢量介子的自旋排列等可观测效应.矢量介子的自旋排列是指其自旋密度矩阵的00元素ρ00偏离1/3.在矢量介子衰变到两个赝标介子的过程中,衰变产物的极角分布只与ρ00有关,以此可以对自旋排列进行测量.理论研究表明,重离子碰撞过程中,重子的自旋极化反映了夸克自旋极化的时空平均效应,而矢量介子自旋排列则反映了夸克反夸克自旋极化的局域相空间关联.本文回顾了相对论重离子碰撞中矢量介子自旋排列的相关理论工作.重点以非相对论夸克融合模型为例,明确地计入夸克极化的相空间依赖性,展示了矢量介子自旋排列与夸克反夸克自旋极化特别是它们之间相空间关联的关系.本文还讨论了涡旋、电磁场、有效ø介子场以及它们的局域涨落对ø介子自旋排列的贡献,结果显示强作用场的时空关联效应是导致ø介子自旋排列的主要因素.矢量介子自旋排列为探索强相互作用物质和强相互作用场的性质提供了新途径.

半单举以及单举超子产生与奇异夸克极化国际研讨会

2008年10月26日－11月1日，在意大利欧洲核物理及相关领域理论研究中心召开了半单举以及单举超子产生与奇异夸克极化国际研讨会，此次会议是由欧洲核物理及相关领域理论研究中心举办的关于超子极化的专题国际研讨会。超子极化及奇异夸克的极化问题是高能自旋物理的热门课题，目前国际上有多家实验室正在运行或准备这方面的实验，这次研讨会邀请了这个领域一流的理论物理学家以及实验方面的专家介绍最新实验结果。

高能强子化过程的自旋转移和轻子诱发反应中超子的极化

指出在轻子诱发反应中测量产生超子的极化是研究高能强子化过程自旋转移的理想途径 .在总结这些反应产生的初始夸克或反夸克极化的基础上 ,给出了超子极化的计算方法 .作为应用举例 ,给出了e+e- 湮没过程中LEP能量下各种超子的极化及与已有实验的比较 .这些结果表明 ,测量各类超子的极化可作为检验不同的重子自旋结构图像 。

质子自旋结构与RHIC上海夸克自旋分布的测量

对核子内味道分离的夸克自旋分布的研究是核子自旋结构研究的重要前沿课题之一,也是RHIC自旋物理研究的重要核心课题.通过对极化质子-质子反应中W玻色子自旋不对称的测量, RHIC首次对■和■海夸克的自旋分布■和■给出了高精度限制,发现了■在0.05<x<0.25区间内是正向极化的,并显示核子内海夸克自旋结构存在同位旋不对称,即■> ■,首次清楚地揭示出自旋分布的同位旋不对称与非极化时符号相反.同时, RHIC还通过对极化质子-质子反应中■超子极化转移的测量,对反奇异海夸克■的螺旋度分布■以及横向极化度进行了研究.

强磁场与涡旋场中的夸克胶子物质

相对论重离子碰撞可以产生高温的夸克胶子物质,同时也产生极强的电磁场和流体涡旋。在强电磁场和涡旋场中的夸克胶子物质呈现出新奇的宏观量子现象,比如手征磁效应、手征涡效应、手征分离效应、手征电分离效应、自旋极化现象等。它们一方面给我们提供了可以探测高温下量子色动力学的非平庸规范场拓扑结构、强相互作用的宇称破坏、夸克胶子物质中的自旋动力学等的实验手段,另一方面也与物理学其他分支,比如粒子物理、凝聚态物理、天体物理、冷原子物理等发生紧密联系,形成新的交叉研究领域。本文旨在对这些宏观量子现象的产生机制以及它们在相对论重离子碰撞中的探测等做一回顾和展望。特别地,我们揭示出重离子碰撞的磁场强度可以达到10^(18)~10^(20) G,流体涡旋可以达到10^(22) s^(-1);这是我们已知当前宇宙中最强的磁场和流体涡旋。我们定量地对同量素碰撞实验做了分析,发现即便背景比例达到93%以上,当前的同量素碰撞实验仍然可在大约3σ的显著性水平上判断是否有手征磁效应的发生。我们系统地给出了满足因果律的自旋流体力学方程,并推导了其中的集体激发模式,这将有助于理解超子自旋极化中出现的符号问题。

高能反应机制与自旋效应

高能强子一强子反应实验中发现一系列引人注目的自旋效应，这些效应出现的机理一直是人们关注的热门课题之一．近几年，在实验及理论家共同的努力下，虽仍有许多不清楚的问题，但已取得一些突破．结果表明，不仅对这些现象产生机理研究能为强子结构及强子反应机制提供信息，而且这些现象本身也用作探索强子反应机制的工具．例如用它们来研究小ｘＢ光子与强子反应的性质．本报告将首先简单总结这些现象及其产生机理研究的结论，然后介绍该例的主要思想及结果．

重离子碰撞中整体极化的实验研究

非对心的相对论重离子碰撞在反应区域产生了巨大的轨道角动量,该轨道角动量能够以流体涡旋的形式传递到反应过程产生的夸克-胶子等离子体中(Quark-Gluon Plasma,QGP),QGP中的夸克和胶子通过自旋-轨道相互作用将沿着系统轨道角动量方向极化,即“QGP的整体极化”效应。经过近二十年的探索,重离子碰撞中Λ超子和φ、K^(*0)矢量介子的整体极化的实验数据证实了QGP整体极化的新现象,这引起了研究人员的广泛关注,成为高能核物理前沿新的热点研究方向。本文简略描述重离子碰撞中整体极化的实验测量,聚焦在Λ超子的整体极化和φ、K^(*0)矢量介子的自旋排列,并讨论实验数据给出的物理信息。