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在标准模型中,强子是由夸克构成的。在通常情况下,夸克被禁闭在强子中,不存在自由夸克。但在高温高密环境下,普通的强子可能会发生解禁闭的相变从而形成局域热化的夸克胶子等离子体(QGP),原本被束缚在强子范围内的夸克反夸克和胶子解禁闭成自由的QGP物质。在当前的实验条件下,已经可以达到理论上预言的产生QGP物质的温度和能量密度的临界值,这是通过高能核核碰撞实现的,巨大的粒子动能聚集在碰撞区,并转化为热能,形成极端的高温高密环境,迫使夸克和胶子从禁闭的强子态相变到解禁闭的QGP态。
关于QGP的研究,已经成为当前理论和实验共同探索的目标。位于美国布鲁克海文国家实验窒的RIIIC对撞机,建造的主要目标之一就是探测QGP物质,并且取得了一定的进展。在欧洲即将运行的LHC,也有望在QGP领域的研究获得新的突破。对于QGP的研究,不但对于人们认识物质结构,了解物质间相互作用有重要意义,同时它也在宇宙学的研究中占有重要的地位,因为宇宙演化的早期很有可能就经历了这样一个高温高密的时期。
由于夸克带分数电荷,一个随机分布的夸克系统的净电荷涨落与同等大小的强子系统的涨落会有很大差别,这一性质早在上世纪八十年代就被用来研究e+e-湮灭中基本自由度的问题,最近人们提出可以用到核核碰撞,研究QGP的性质,实验也对电荷涨落二阶矩进行了测量。
本文在总结前人工作的基础上,把过去对净电荷涨落二阶矩的计算推广到高阶矩。这样做的意义是明显的:由于实验能量升高导致反应过程变得异常复杂,使得末态粒子携带的初态信息被很大程度的掩盖。末态粒子相互作用,边界范围的扩大导致的边界效应增强等等,都让二阶矩的计算结果不足以真实的反映出初态信息,而高阶矩可以更大程度的把初态信息保留到末态,从而有必要对它进行深入研究。文章采用的计算方法是基于统计力学的相关方法,在对初态粒子做一定合理假定的前提下,借助统计力学中的母函数概念,对不同基本自由度的初态系统进行净电荷涨落高阶矩的计算,给出了高阶矩的计算结果,并将强子系统和夸克反夸克系统的结果进行了比较,为将来的实验研究提供了依据。