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格点QCD理论预言在高温或高密的条件下会产生从普通的强子物质到一种夸克解禁、局部热化的新物质状态-夸克-胶子等离子体(QGP)的相变。位于美国布鲁克海汶国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)在过去几年的运行中已经取得了大量可喜的结果。这些结果都表明在RHIC上已产生了一种新的高温、高密度的具有很强的集体运动特性的物质。本文利用相对论流体力学模型研究了RHIC200 GeV Au+Au对心碰撞下具有有限重子数密度的化学平衡化QGP系统的演化过程,并计算了在演化过程中双轻子的产额以及系统粘滞性的影响。
我们建立起具有有限重子数密度的化学平衡化QGP系统,在Jüttner部分子分布函数的基础上,考虑系统趋向化学平衡的反应gg()ggg和gg()q(q),结合能量-动量守恒方程,以及重子数守恒方程可以给出描述系统温度T,夸克化学势μq以及夸克和胶子的逃逸系数λq和λg的耦合弛豫方程组(CRE),通过求解这一方程组可以得到系统物理量的演化。
基于这一演化过程,我们计算了200 GeV Au+Au碰撞系统的双轻子的产额。相对以往的计算我们更加全面地考虑了双轻子的产生过程,主要包括:夸克对湮灭的主次级过程q(q)→l(l)和q(q)→gl(l),Compton散射过程qg→ql(l)和(q)g→(q)l(l),胶子聚变反应g(g)→c(c),夸克对湮灭过程q(q)→c(c)以及多重散射等。此外,我们还计算了之前为了避免红外发散效应而采取红外截断时所丢掉的双轻子。结果显示,夸克对湮灭q(q)→l(l)和q(q)→gl(l)的产额对双轻子谱有主要贡献,而多重散射和qg→ql(l)以及g(g)→c(c)的贡献也不可忽略。红外截断的双轻子在低不变质量区贡献较大,甚至高于q(q)→gl(l)的产额。特别地,为了探讨重子数密度对于系统演化的影响,计算分别在初始夸克化学势μq0=0.000,0.284,0.568和0.852 GeV下进行。我们发现,随着初始夸克化学势的升高,QGP系统的寿命变长,使得双轻子产额显著增加,以至于能够补偿甚至超过初始夸克化学势升高而引起的双轻子产额的压低,使得双轻子产额显示为初始夸克化学势的增函数。
在理想流体模型的基础上,我们把具有有限重子数密度的化学平衡化QGP系统推广到具有粘滞性的系统中。讨论了系统的剪切粘滞系数,然后对系统的耦合弛豫方程组(CRE)进行粘滞性修正,得到含有剪切粘滞系数的CRE,从而得到系统的温度、夸克化学势、部分子平衡化率的演化以及系统粘滞系数的大小。相应地,基于此演化过程计算了粘滞系统中双轻子的不变质量谱,发现粘滞性系统的双轻子产额较理想情况有明显的增加,这主要是由于粘滞性导致系统演化变慢从而使夸克相寿命增加。