高能碰撞中的强子化机制与末态粒子关联的研究

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粒子物理的标准模型能精确地描述大量的实验数据,并预测一些新的物理现象,是粒子物理研究中的基本理论框架。但是这一模型存在着一些局限。标准模型中描述夸克和胶子之间的强相互作用的理论,量子色动力学(QCD),只有在夸克或胶子处于小距离、大动量转移的微扰运动区间才能得出严格的理论结果。对于深度非弹性碰撞、正负电子对撞、强子与强子对撞等实验证明了这一点。而对于远距离、小动量转移的非微扰现象,QCD计算遇到了困难。然而高能碰撞中的粒子产生过程中,存在着大量的非微扰过程。对于这些过程的描述通常需要各种唯象模型。本论文的着重点是对于高能碰撞中的强子化机制,以及末态粒子关联的研究。第二章和第三章简要介绍了理论背景。第二章介绍了标准模型及其局限,以及标准模型框架下的高能重离子物理的理论和实验背景。第三章介绍了作为研究重要工具和参考的几个Monte Carlo模型。之后是论文的研究主体部分。分别研究了以下课题:(1)讨论了一个考虑了夸克之间色荷相互作用的强子化机制。高能碰撞过程中的强子化过程是一个典型的非微扰过程,常常需要依赖于一些模型来计算,如PYTHIA用到的Lund弦模型、HERWIG用到的团模型、AMPT和PACIAE等用到的组合模型等。但是这些模型并未考虑色荷之间的相互作用。我们的目的是考察这种相互作用对于末态强子的产生、分布及关联的影响。我们的模型是一种基于分子动力学方法,考虑夸克的半相对论运动规律以及夸克色相互作用的组合(coalescence)模型。在这一模型中,夸克之间的相互作用采用一个唯象的类Cornell势能来描述。这种相互作用驱动强子化的发生,并最终将夸克组合成不同的色中性粒子团。为了研究这种作用势对于强子化的影响,我们使用PYTHIA产生高能pp碰撞过程中的夸克初态,然后通过选取不同的参数,模拟得到不同的末态强子的分布和关联。我们再将这些结果与只使用PYTHIA的情况作了比较,以此来考察这种相互作用对于强子化的影响。(2)对于两粒子方位角的关联的研究。我们分别根据高能碰撞中的两个碰撞相同核的在中心快度区间和非中心快度区间的初态几何对称性,得出两粒子方位角分布的一般形式,并据此得出了两粒子方位角关联系数。这些不同的系数对应着不同的相互作用模式,从而可以用来描述末态粒子集体行为的性质。对于这些系数与通常的流系数的关系也作了讨论。这些关联系数是根据一些初态的几何对称提出的,并不依赖于演化过程中描述所产生的部分子或强子相互作用等模型的细节。所以这些系数具有广泛的适用性,可以用来帮助对描述高能重离子碰撞的模型起到限制的作用。本文还使用了 AMPT事例产生器来产生的(?)=200 GeV的不同中心度间隔的Au+Au碰撞事例样本,然后分别计算和分析了在中心快度区和非中心快度区的一些相关的结果。目前这一研究的主要目的是提出两粒子分布在中心快度区和非中心快度区的一般形式。这些数值结果作为初步测试的例子来支持现在的理论。它们的具体数值依赖于不同模型中关于粒子相互作用的具体细节。
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