強(qiáng)子-強(qiáng)子和相對論重離子碰撞中相空間的bin-bin多重數(shù)關(guān)聯(lián).pdf

1、探索物質(zhì)的質(zhì)量起源和微觀結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代物理學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。目前人們普遍認(rèn)為夸克和膠子是物質(zhì)的基本組成單元。量子色動力學(xué)(QCD)是描述夸克和膠子之間的強(qiáng)相互作用的一個成功的規(guī)范理論。QCD理論有兩大基本特征，一是漸進(jìn)自由，即當(dāng)夸克之間的距離靠的很近時，耦合強(qiáng)度變得非常的??；二是夸克禁閉，即強(qiáng)相互作用具有長程的”色禁閉”特征，夸克被禁閉在強(qiáng)子內(nèi)部，使得人們看不到自由的夸克?！笨淇私]之謎”被稱為20世紀(jì)物理學(xué)的一大疑云。20世紀(jì)七十年代，

2、李政道等人提出：通過相對論重離子碰撞，有可能產(chǎn)生極大溫度，極高密度的環(huán)境，形成解除禁閉的新物質(zhì)形態(tài)——夸克膠子等離子體(QGP)，從而在實驗室里可以觀察到自由的夸克和膠子。由此，相對論重離子碰撞的實驗和理論研究迅速發(fā)展，稱為跨世紀(jì)物理的一個重要方向。
　　 本世紀(jì)伊始，美國布魯克汶國家實驗室(BNL)建立超高能的相對論重離子對撞機(jī)(RHIC)，實現(xiàn)了平均每對核子200GeV的金金對撞。通過多年的努力，RHIC上發(fā)現(xiàn)了解禁閉的夸克

3、膠子自由度，觀察到了新物質(zhì)相——夸克膠子等離子體。這一結(jié)論主要源于三個物理實驗事實：1)在RHIC能區(qū)觀察到形成新物質(zhì)形態(tài)所需要的能量密度，它幾乎是普通核物質(zhì)能量密度的100倍；2)高橫動量的粒子穿過熱密物質(zhì)時能有較大的能量損失；3)觀測到末態(tài)粒子的各向異性集體流的行為，并且在中橫動量區(qū)間，集體流具有組分夸克的標(biāo)度性，這一物理性質(zhì)能被理想流體力學(xué)模型很好的描述，因此人們稱RHIC能區(qū)形成的新的物質(zhì)為具有強(qiáng)耦合的夸克膠子等離子體，簡稱SQ

4、GP。
　　 然而，理想流體力學(xué)模型描述各向異性橢圓流參數(shù)是存在一定的局限性，比如：僅限于描述低橫動量區(qū)間粒子的橢圓流；不能很好的擬合不同粒子的橢圓流參數(shù)，尤其是重味粒子的情況；更有，200GeV質(zhì)心能量下的銅銅碰撞的橢圓流的實驗結(jié)果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理想流體力學(xué)計算的結(jié)果，幾乎和相同碰撞能量下的金金碰撞具有相同的數(shù)量級。隨后U.Heinz等人采用粘滯流體力學(xué)模型對這些實驗結(jié)果進(jìn)行重新擬合，通過調(diào)整模型中的粘滯系數(shù)，可以很好的重現(xiàn)這些物

5、理實驗數(shù)據(jù)。所有這些說明RHIC能區(qū)產(chǎn)生的新物質(zhì)形態(tài)不是處于理想流體態(tài)，而是處于粘滯流體態(tài)。如何測量這種新物質(zhì)形態(tài)的粘滯系數(shù)，成為大家關(guān)心的另一個熱點問題。
　　 本文建議利用相鄰bin軸向角關(guān)聯(lián)花樣測量切向粘滯系數(shù)。理想流體中，層與層之間無相互作用，各流層的速度相同，沒有速度梯度；粘質(zhì)流體中，層與層之間存在相互作用，各流層的速度不同，有速度梯度。相鄰bin軸向角關(guān)聯(lián)花樣能很好的描述這種流層與流層之間的相互作用，能反映集體流的內(nèi)

6、部相互作用信息。利用相鄰bin軸向角關(guān)聯(lián)花樣與物質(zhì)內(nèi)部相互作用能的關(guān)系，結(jié)合粘滯流體力學(xué)耗散能的一些理論，本文給出了切向粘滯系數(shù)的具體計算公式。已知相對論重離子碰撞末態(tài)粒子的相關(guān)物理信息，就可以得到新物質(zhì)形態(tài)的切向粘滯系數(shù)。因此，這種新的測量切向粘滯系數(shù)方法具有很強(qiáng)的可行性，為實驗上研究新物質(zhì)形態(tài)的性質(zhì)提供了一種可能。
　　 多相輸運模型AMPT，既包含強(qiáng)子層次上的輸運，又包括部分子層次上的輸運，它是描述相對論重離子碰撞比較成功

7、的唯象模型。本文以該模型為例，研究了RHIC能區(qū)的金金碰撞過程中形成的物質(zhì)形態(tài)的粘滯系數(shù)。利用可記錄的末態(tài)粒子的相關(guān)物理信息，我們給出了相鄰bin關(guān)聯(lián)花樣和平均橫向速度對軸向角的依賴關(guān)系。其中，平均橫向速度采用的是熱模型擬合的結(jié)果。作為一種比較，本文分別研究了散射截面為3mb和10mb的情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，散射截面越大，對應(yīng)的切向粘滯系數(shù)越小，這和目前微觀理論計算的結(jié)果是相吻合的。
　　 目前STAR測量的Forward-Backw

8、ard關(guān)聯(lián)的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，快度方向上的長程關(guān)聯(lián)會隨著碰撞中心度的增大而逐漸增強(qiáng)，這和碰撞初態(tài)模型色玻璃凝聚預(yù)言的結(jié)果是相符的。由此，人們推測快度方向上的長程關(guān)聯(lián)源于相對論重離子碰撞初態(tài)的色玻璃凝聚(CGC)效應(yīng)，這對我們進(jìn)一步的理解相對論重離子碰撞的時空演化圖像，以及相關(guān)動力學(xué)機(jī)制有很大的幫助。然而，相關(guān)研究表明碰撞參數(shù)的起伏和短程關(guān)聯(lián)的起伏也能引起快度方向上的長程關(guān)聯(lián)。問題產(chǎn)生了，長程關(guān)聯(lián)是一些統(tǒng)計起伏的結(jié)果，和CGC沒有關(guān)系呢，還是

9、主要是CGC的原因，統(tǒng)計起伏只是一個背景因素?
　　 本文主要建議了兩種快度關(guān)聯(lián)花樣——相鄰bin快度關(guān)聯(lián)花樣和固定任意bin快度關(guān)聯(lián)花樣。這兩種關(guān)聯(lián)花樣能同時記錄關(guān)聯(lián)強(qiáng)度隨關(guān)聯(lián)位置和關(guān)聯(lián)長度的變化，是描述快度方向上的長短程關(guān)聯(lián)很好的物理測量量。我們利用AMPT模型研究質(zhì)心能量200GeV下金金碰撞的快度關(guān)聯(lián)花樣對碰撞中心度的依賴。隨著中心度的增加，快度關(guān)聯(lián)花樣數(shù)值逐漸減小，對應(yīng)的長程關(guān)聯(lián)也在逐漸減弱，這和STAR測量Forwa

10、rd-Backward對中心度依賴的結(jié)果是不相符的。大家知道，在多相輸運模型AMPT中，初始條件采用的是Glauber模型，而不是CGC模型。由此這可能間接說明相對論重離子碰撞的長程關(guān)聯(lián)確實主要來自色玻璃凝聚(CGC)效應(yīng)。另外，我們進(jìn)一步研究了在弦融合AMPT模型產(chǎn)生固定碰撞參數(shù)事件樣本中，快度關(guān)聯(lián)花樣和Forward-Backward關(guān)聯(lián)對空間間隔的依賴。
　　 在非中心碰撞中，橢圓流也能間接的描述碰撞初態(tài)的物理信息，是高能

11、重離子碰撞中一個很重要的物理觀測量。本文利用AMPT模型具體研究了固定碰撞參數(shù)下的橢圓流，比如橢圓流對參加者核子數(shù)的依賴，對末態(tài)多重數(shù)的依賴，隨時間的演化規(guī)律等。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同的固定碰撞參數(shù)情況下，隨著末態(tài)多重數(shù)的增加，橢圓流或單調(diào)增加，或單調(diào)減小，而不是大家預(yù)想中的僅僅只是個簡單的起伏。隨著系統(tǒng)的時空演化，橢圓流慢慢被建立起來，但是橢圓流并不總是在增加的。本文觀測到橢圓流先增大而后有個減小的過程，我們推測是弦融合AMPT模型中的強(qiáng)子