高能碰撞中发射源声速与作用弦张力参数的提取

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在相对论重离子对撞机(RHIC)和大型强子对撞机(LHC)能区的高能重离子(核-核)碰撞系统中,形成了超高温、超高密的环境和条件。在这样极端的条件下,在碰撞系统的演化过程中,会产生一种存在时间十分短暂的新物质,即夸克-胶子等离子体(QGP)。由于QGP在碰撞系统的演化过程中存在的时间十分短暂,所以它是不能在实验中被直接观察及测量到的。但是,在高能碰撞的过程中会产生许多的带电粒子和中性粒子,它们携带着丰富的演化信息。末态产物的赝快度、快度和横动量谱是高能碰撞实验中非常重要的观测量,对这些末态粒子的多种谱进行研究,可以推断出QGP的性质和部分子之间的相互作用机制。本篇论文应用不止一种理论模型和统计方法,对高能碰撞末态产物的不同分布进行了系统的描述和研究。本文完成的主要工作包括以下三方面内容:(一)将多源思想引入Landau流体动力学模型,从而对该模型进行了改进。改进后的Landau流体动力学模型由一个可以用Landau流体动力学模型来描述的足够大的中心源,和两个在各自静止系各向同性发射粒子的靶源和射弹源组成。利用蒙特卡洛方法,对高能区金-金(Au-Au)、铜-铜(Cu-Cu)、铅-铅(Pb-Pb)、氘-金(d-Au)、金-乳胶(Au-Em)、质子-乳胶(p-Em)、质子-质子(p-p)和质子-反质子(p-(?))碰撞过程中产生的末态粒子的赝快度分布进行描述,得到了与国际合作组实验数据相符合的结果,提取出了声速参数的平方值(c2s)。得到的中心源的声速参数的平方值的范围在1/3到1/2之间,靶源和射弹源的声速参数的平方值则一直小于1/3。这意味着,在碰撞系统的演化过程中,中心源经历了从强子气态到QGP液态的一个相变过程,而靶源和射弹源一直停留在强子气体的状态。(二)同样应用改进的Landau流体动力学模型,即对中心源、靶源和射弹源分别用高斯分布进行描述后再加权叠加,利用解析的方法来描述超级质子同步加速器(SPS)能区p-p、铍-铍(Be-Be)碰撞过程中产生的带负电介子的快度分布,和从交变梯度同步加速器(AGS)到RHIC能区Au-Au、Pb-Pb碰撞过程中产生的(净)质子的快度分布,得到了与国际合作组实验数据符合的结果。特别地,研究了声速平方对能量的依赖关系,即声速平方的激发函数。结果表明,声速平方的激发函数在8.8GeV处出现局域最小点,此即核态方程的软点之一。这个局域最小点与寻找出现夸克退禁闭以及QGP相变的临界点紧密相关。对由整个参加者区域贡献的(净)质子的快度分布宽度而言,本文没有根据Landau流体动力学模型提取声速平方,因为整个参加者区域的(净)质子需要满足重子数守恒,而这超出了模型的使用范围。(三)应用双组分的Erlang分布与双组分的Schwinger机制,对LHC能区p-p、质子-铅(p-Pb)和Pb-Pb碰撞中产生的J/ψ介子和Ω介子的横动量谱,以及RHIC能区Au-Au碰撞中产生的(?)介子、W超子和带负电粒子的横动量谱进行了描述,得到了与国际合作组实验数据符合的结果。特别地,由Erlang分布与Schwinger机制分别得到了每个部分子贡献的平均横动量及两个部分子之间的作用弦张力,研究了参数们的激发函数,计算出了LHC能区相互作用部分子之间的极限最小距离。基于W超子谱得到的作用弦张力的激发函数表明,核态方程在7.7GeV处出现软点,这和基于声速平方分析得到的8.8GeV接近,也与其他方法预测的4-9 GeV一致。计算出的LHC能区部分子之间的极限最小距离在0.03-0.06fm之间,这个距离约为核子尺寸的百分之几,说明在LHC能区的碰撞中核子是会完全穿透对方的。
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