相对论重离子碰撞中强子和氘核椭圆流的研究

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自2000年美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)实验运行以来,在微观物质的探索上取得了巨大的进展。尽管实验结果所呈现出来的末态强子的新特性表明可能已经产生了强耦合的夸克物质或夸克胶子等离子体(QGP),但在理论上,由于色禁闭效应,还没有一套完整的动力学理论来统一地描述相对论重离子碰撞的全过程,只能从其强子化产物(末态强子系统)的特征中,借助唯象的强子化模型来间接地获取有关QGP性质的各种信息。到目前为止,发展的比较成功的强子化模型有两种:一种是部分子碎裂模型,另一种是夸克组合模型。 RHIC能量下的核一核碰撞产生了大量的解禁闭夸克物质,其内部热压力导致高温高密夸克物质系统的膨胀和演化,这种夸克层次上的集体膨胀性在末态强子上有很明显的可观测效应,例如,强子的径向流ν1、椭圆流ν2和更高层次的ν4流等各向异性流,特别是椭圆流,它更能反映出碰撞系统初始阶段集体演化的不对称性。近来,RHIC实验对强子椭圆流作了精细的测量,结果显示,在中等横动量区强子的椭圆流呈现出constituent quark number scaling现象,这意味着末态强子的集体性起源于部分子阶段的集体性,同时还表明强子化机制是夸克组合机制。在夸克组合的框架下,山东大学的谢去病等人在八十年代提出了山东夸克组合模型,并成功解释了e+e—反应中的一系列实验现象。随着相对论重离子碰撞实验的发展,最近,邵凤兰等人把山东夸克组合模型从e+e—反应推广、应用到相对论重离子碰撞环境,给出了一系列与实验符合的理论预言,例如:强子产额及多重比、不同能量和中心度下带电粒子赝快度分布、强子椭圆流在小pT区的精细结构以及RHIC能区中横动量谱对能量和中心度的依赖等。本文在这些工作的基础上,利用山东夸克组合模型,系统研究了末态强子的椭圆流,特别是奇异强子的椭圆流,因为它受末态强子重散射的影响小,更能反映核—核碰撞初期演化阶段的信息。 最近,RHIC实验对氘核的椭圆流进行了测量,结果显示氘核的椭圆流同样遵循constituent quark number scaling规律,这一与强子椭圆流相同的现象,引起了人们对氘核的产生机制及其集体性起源等问题的极大兴趣。本文在研究末态强子椭圆流的基础上,建立了一个简单的氘核产生的图像,计算了氘核的横动量谱和椭圆流,并与实验结果作了比较。 本文主要做了以下两方面的工作: (一)利用山东夸克组合模型系统研究了质心系能量√SNN=200GeV的Au+Au碰撞系统中末态强子的椭圆流。分别计算了中心快度区不同碰撞中心度,即0-10%,10-40%,40-80%,0-80%,各种强子p++ p—,k0s,∧+∧,Ω++Ω—,Ξ++Ξ—,Ф的椭圆流,并与实验结果作了比较。结果表明,我们的组合模型能够很好地描述强子的椭圆流。 (二)计算了质心系能量√SNN=200GeV的Au+Au碰撞系统中氘核的横动量分布和椭圆流。我们建立了一个简单的氘核的组合图像,研究了中心快度区碰撞中心度20-60%氘核的横动量谱和椭圆流。结果发现,我们的理论预言在误差范围内与实验符合得很好。这意味着,不仅末态强子的椭圆流起源于部分子相的集体性,氘核的椭圆流也同样起源于部分子相的集体性。
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