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轻介子之间的非弹性散射很少被研究到。强子物质中,轻介子之间的非弹性散射改变介子动量分布及其对夸克味的依赖性。为了理解这种改变,就必须研究介子-介子非弹性散射及其相关性质。RHIC中的金-金核碰撞产生的强子物质中包含了π,p,K和K*介子。在本文中,我们研究受夸克交换机制主导的这四种介子之间的非弹性散射。
七个非共振反应:I=2的ππ→pp,I=1的KK→K*K*,I=1的KK*→K*K*,I=3/2的πK→pK*,I=3/2的πK*-pK*,I=3/2的pK→pK*,I=3/2的πK*→pK。在真空中的这些反应截面已经被计算过了。该散射截面与两个初态介子在质心系的总能量(?)有关。散射截面最大时的能量主要由|(?)|/s)(?)|的最大值决定,其中(?)和(?)分别是质心系中初、末态介子的动量。当末态介子的动量(??变大时,|(?)|/s|(?)|变大,跃迁振幅的平方变小。这些散射截面是由线性禁闭势加上单胶子交换的单圈和双圈图微扰修正给出的夸克作用势得到的。直到现在,与温度相关的散射截面在理论和实验上都没有被研究过。散射截面的温度依赖性是本文的创新点。本文构造了依赖于温度的夸克作用势,并且依此计算了上述七个非共振反应在温度不为零时的截面。
格点QCD计算给出了与温度相关的夸克-反夸克作用势,其中远距离的部分是与温度相关的常数值。夸克-反夸克作用势的短距离部分由单胶子交换加上单圈和双圈图微扰修正给出。由这远距离的势和短距离的势,我们构造了一个依赖于温度的夸克-反夸克作用势。根据这个作用势所对应的薛定谔方程,得到与温度相关的夸克-反夸克的相对运动波函数和介子质量,并且有:(1)具有相同同位旋的不同自旋的基态介子的质量劈裂给出u、d、s夸克的质量;(2)在T/TC=0.6~0.99这个温度范围内,介子质量随着温度升高而减小;(3)夸克-反夸克的相对运动在更高温度下占据更大的空间。作用势、波函数以及介子的质量与温度的相关性导致了这七个非共振反应的截面也与温度相关。通过计算知道,当温度升高时,散射截面峰值的上升或下降由初态介子的半径、末态介子的束缚态和初、末态介子总质量的差异决定。温度升高,初态介子的半径变大,散射截面峰值变高;较高温度时,较弱末态介子束缚态导致比较小的散射截面峰值;初、末两态的介子的总质量差别越小,散射截面峰值越大。为了方便后续研究,给出了散射截面和介子质量的参数化形式。