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.

超相对论性重离子碰撞的国际大科学实验综述

综述了超相对论性重离子碰撞的国际大科学实验进展及相关的物理学研究现状,内容包括:BNL/AGS能区和CERN/SPS能区的固定靶实验回顾,BNL/RHIC能区的对撞实验现状以及对CERN/LHC能区的对撞实验的预期.

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 。

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.

BNL/AGS和CERN/SPS能区的相对论性核—核碰撞物理

在本文中,我们讨论了目前 BNL/AGS 和 CERN/SPS 能区的相对论性核一核碰撞的物理。内容主要有:相对论性核一核碰撞的整体行为,领头重子的快度行为,重子与介子的横动量谱,奇异性产生,J/ψ压低,光子和氢子对的热力学发射,Bose-Einstein 关联,核阻止本领与核密度等。

纳秒激光驱动非相对论无碰撞静电冲击波反射离子能谱测量的Geant4模拟

间接驱动惯性约束聚变真空或者近真空黑腔实验中,纳秒激光烧蚀产生的腔壁等离子体可以在靶丸烧蚀等离子体(或低密度填充气体)中驱动无碰撞静电冲击波,冲击波电场会以二倍冲击波速度反射离子。为了测量纳秒激光驱动非相对论无碰撞静电冲击波产生的10 keV量级的反射离子能谱,设计了低能汤姆逊离子谱仪。利用Geant4建模,对离子测量过程进行了全过程蒙特卡罗模拟,用以评估靶室残余气体和喷气气体对低能离子测量的影响。模拟结果显示,靶室残余气体会造成10 keV量级D离子信号在谱仪电场和磁场方向展宽。电场方向的展宽会增加不同荷质比离子谱线发生交叠的风险,而磁场方向的展宽会导致离子能谱展宽。喷气气体会造成离子信号向低能区移动并拖尾,导致测量的离子谱偏离真实的反射离子能谱。

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.

相对论性核—核碰撞实验进展综述

相对论性核-核碰撞提供了一个可以在实验室内产生和探测QGP(夸克—胶子等离子体)的机会。对QGP的探索不仅对天体物理学和宇宙学的研究具有指导意义,更是对QCD(量子色动力学)的研究具有极其重要的意义。在相对论性核-核碰撞产生的极端高温高密条件下对QGP的探索为研究物理学的许多领域提供了可能。该文简要介绍了从SIS能区到LHC能区的实验进展。

相对论Pb+Au碰撞产生的低不变质量双轻子

利用强子相互作用和流体动力学模型,给出了相对论Pb+Au碰撞中低不变质量双轻子产生的唯象公式,还考虑了有限温度QCD求和规则对ρ介子手征对称性部分恢复导致的质量移动,数值计算结果能够较好地解释SPS能区的Pb+Au 158 AGeV碰撞实验结果.

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单事件阶乘矩的分析

论述了在相对论重离子碰撞中进行单事件分析的必要性．采用随机级联模型对相对论性核－核碰撞进行ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟，通过对核－核碰撞单事件样本阶乘矩ｌｎＦ２ｓ－ｌｎＭ曲线的分析，得出了单事件的ｌｎＦ２ｓ－ｌｎＭ曲线上翘，且上翘程度随碰撞核基元碰撞数Ａ的增加而加剧的结论。

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.

一维完全弹性碰撞次数和圆周率

本文总结整理了网络上对于两体一维完全弹性碰撞总碰撞次数和圆周率关系的相关讨论和证明,分别以几何方法和代数方法给出了清晰的说明。文中对一维完全弹性碰撞问题也进行了推广:对于两个物体初速度都不为零的情况,以几何图形法对这个问题给予阐述;对于三体碰撞的情况我们猜测到了一个漂亮的解析公式,并以数值计算的办法对这个猜想给予验证,但是没有给出严格的解析证明;当考虑碰撞过程的相对论修正之后,总碰撞次数就与物体的质量比失去了明显的相关性。

碰撞几何构型对相对论重离子碰撞旁观者核子的影响

在不同的核物质对称能下利用约束的Skyrme-Hartree-Fock-Bogolyubov计算得到了形变核的核子分布,基于此计算了RHIC能量下形变核碰撞产生的自由旁观者核子数及中质子产额比,并分析了中子皮和碰撞几何构型的影响。本工作发现,相比于其他碰撞构型,长椭球核的头对头碰撞和扁椭球核的腰对腰碰撞产生的自由旁观者核子数最少。旁观者中质子产额比敏感于中子皮的平均厚度,因此是对称能的良好探针,但不同碰撞几何构型所得到的产额比依赖于中子皮的极化角分布。在某些碰撞体系中,碰撞几何构型的效应大约为对称能效应的50%。由于238U和96Zr的特殊形变中子皮,相对于其他碰撞构型,旁观者中质子产额比对对称能的敏感性在头对头的238U+238U碰撞和腰对腰的96Zr+96Zr碰撞得到了增强。此研究可能开启新的研究方向,即通过筛选高能形变核碰撞的几何构型来研究形变的中子皮分布。