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重离子碰撞中的热力学性质和输运性质的研究对我们了解核物质的状态方程具有重要的意义。另一个与热力学性质和输运性质紧密相关的很有意思的现象就是物质的相变,这在核物质中同样如此。在高温或高密的状态下,现在认为夸克和胶子会解禁闭,从而形成夸克-胶子等离子体。这个有趣的相变现象已经引起了广泛的关注,RHIC和LHC等实验组已经做了大量的实验研究。而在低能时,则有另外一种相变机制即原子核汽化相和原子核液态相。由于核子-核子间长程吸引短程排斥的作用力非常类似于范德瓦尔斯相互作用,故这种相变应该非常类似于液气相变,通常也称之为核物质的液气相变。核物质液气相变现象的研究已经有近三四十年的历史了,但依然是核物理中的热点之一。最近人们通过实验观测发现粘滞系数和熵密度的比值(η/s)会在临界点取得极小值。这在对夸克-胶子等离子相变的研究中也得到了类似的结论。
本文主要讨论在重离子碰撞过程中提取热力学和输运性质,并把提取的粘滞系数(η)和熵密度(s)应用到核物质的液气相变研究中。在引言中我们简略地讨论了中低能重离子碰撞的特征,液气相变的研究历史和液气相变的理论。接着我们详细讨论了中低能重离子碰撞中一个非常成功的动力学模型,同位旋依赖的量子分子动力学模型(IQMD)。然后用IQMD模拟了从50MeV/u到400MeV/u能量的对心Au+Au碰撞,并在此基础上来提取热力学及输运性质。
在第三章中我们详细讨论了各种常见的用来提取核物质温度的方法,并尝试把能量均分定理(维里定理),动量矩涨落和hotThomas-Fermiformulism(HTF)(包括单费米球和双费米球)用来提取反应中的温度。值得一提的是费米球方法不仅可以用来提取温度也可以用来提取熵密度和化学势。在第四章中介绍了两种用来提取粘滞系数的方法,分别是基于涨落耗散理论的Green-Kubo公式和基于Uhlenbeck-Uehling输运方程的Danielewicz参数化公式。并按照研究顺序,讨论了两种组合的结果:两种方法都发现η/s有极小值出现,这可能对应着中低能重离子碰撞中液气相变现象的发生。为了检验计算结果我们还讨论了另外一种基于多重碎裂的液气相变探针,中等质量碎片的多重数(IMFs)。虽然得出的具体的临界反应能量有所差别,但是都表明在这个能区可能发生液气相变。差别的原因可能是IMFs提取的液气相变的信息是对应整个反应体系的;而在计算过程中只能提取中心区域核物质的信息。
最后讨论了核子-核子碰撞截面和对称能对热力学性质和输运性质及液气相变的影响。我们的研究发现对于Au+Au这样的体系所有提取的物理量都不依赖于对称能的变化;而核子核子碰撞截面则具有较强的作用。较大的核子-核子碰撞截面能使中心区域的核物质变得更热,同时使η/s的数值变得更小。总之本文比较系统了讨论了重离子碰撞过程中热力学量和输运系数的提取,并在此基础上讨论了核物质的液气相变和反应过程中的物态演化。希望能够借此工作加深我们对液气相变及碰撞过程中核物质状态的理解。