RHIC-STAR上橢球流的研究.pdf

1、在相對論重離子碰撞的早期，產(chǎn)生出了一種高溫高密的強相互作用的新物質(zhì)形態(tài)。隨后系統(tǒng)的演化則由新物質(zhì)的性質(zhì)決定。在本篇論文中，我們通過測量重離子碰撞中產(chǎn)生的粒子相對于反應(yīng)平面(由碰撞參量和束流所在的方向決定)的方位角各向異性來研究系統(tǒng)演化的動力學(xué)。在非對心碰撞中(碰撞參數(shù)不為零)，參加碰撞的區(qū)域成一個橢球狀，因而在空間坐標(biāo)中是各向異性的。這種初始的空間坐標(biāo)中的各向異性會通過相互作用而轉(zhuǎn)化為末態(tài)動量空間的各向異性。本文中所討論的橢球流，v2，

2、是末態(tài)動量空間粒子方位角分布傅里葉展開式的第二項。由于初始的空間各向異性所產(chǎn)生的壓力梯度隨時間演化迅速消失(自猝滅效應(yīng))，橢球流直接于碰撞早期的動力學(xué)相聯(lián)系。橢球流的大小強烈依賴于碰撞過程中相互作用的強弱，因此它可以提供早期重離子碰撞中壓力梯度，有效自由度，熱化以及碰撞早期新物質(zhì)形態(tài)狀態(tài)方程的信息。進(jìn)一步，學(xué)習(xí)橢圓流在不同對撞能量下對中心度和系統(tǒng)大小的依賴性是研究高能重離子碰撞產(chǎn)生的新物質(zhì)形態(tài)性質(zhì)的有效途徑。
　　 在這篇論文中

3、，我們系統(tǒng)分析了由STAR探測器在2005年RHIC運行中所采集的質(zhì)心系能量為62.4 GeV和200 GeV的銅銅碰撞數(shù)據(jù)和在2007年所采集的9.2 GeV和200GeV金金碰撞事件。我們測量了金金200 GeV碰撞事件中奇異粒子的橢球流。借助于2007年采集的金金200 GeV大統(tǒng)計量數(shù)據(jù)，我們可以精確的測量到多重奇異粒子φ介子和Ω重子的橢球流。由于多重奇異粒子產(chǎn)生于高能重離子碰撞的早期，而且它們具有較小的強子強子相互作用截面，因

4、此多重奇異粒子被認(rèn)為是能夠反映碰撞早期物理的探針。φ介子和Ω重子顯著的橢球流為部分子層次的集體運動在RHIC的形成提供了強有力的證據(jù)。其中在中橫動量區(qū)(2＜pT＜5 GeV/c)觀察到的組分夸克標(biāo)度性說明夸克層次的自由度已經(jīng)達(dá)到，即在強子化過程之前存在一個解禁閉的狀態(tài)。我們利用STAR采集的不同系統(tǒng)和不同碰撞能量的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的研究了組分夸克的標(biāo)度性，發(fā)現(xiàn)在62.4 GeV和200 GeV的金金與銅銅碰撞事件中，都能清楚的觀察到這一標(biāo)度性

5、。實驗結(jié)果表明，在質(zhì)心系能量為62.4 GeV和200 GeV的重離子碰撞中所產(chǎn)生的物質(zhì)達(dá)到了解禁閉狀態(tài)。
　　 我們測量了銅銅200 GeV碰撞事件中帶電粒子和奇異粒子的橢球流。由于銅銅碰撞系統(tǒng)相比較于金金系統(tǒng)小的多，因此具有較小的末態(tài)多重數(shù)。在這種情況下，如果我們用中間快度區(qū)(|η|＜1.0)所確定的反應(yīng)平面測量橢球流則會包含較大的非流效應(yīng)。我們首次采用了用前端快度區(qū)的粒子確定反應(yīng)平面測量橢球流的方法，使得非流效應(yīng)在銅銅碰撞

6、系統(tǒng)中所帶來的系統(tǒng)誤差大大降低。利用相同能量下p+p碰撞數(shù)據(jù)，我們分析了橢球流測量中的剩余非流效應(yīng)。通過對帶電強子以及奇異粒子(K0s，Λ十(Λ)andΞ-+Ξ-+)在不同對心度的橢球流測量并于金金碰撞中的數(shù)據(jù)相比較，我們研究了橢球流對碰撞系統(tǒng)和對心度的依賴性。我們發(fā)現(xiàn)奇異粒子的橢球流相對于橫動量的依賴性與金金碰撞中所表現(xiàn)出來的標(biāo)度性十分相似：(i)在低橫動量區(qū)，pT＜2 GeV/c，橢球流具有橫能量，mT-m，的標(biāo)度性；(ii)在中橫

7、動量區(qū)，2＜pT＜4 GeV/c，橢球流具有組分夸克的標(biāo)度性。碰撞系統(tǒng)的初始條件可以由碰撞區(qū)域的偏心率(ε)來表示，我們發(fā)現(xiàn)不同對心度的橢球流除以其對應(yīng)的初始幾何條件之后，在越接近對心的碰撞中可觀察到較大的橢球流，這表明集體運動的強弱依賴于對心度。通過對不同對心度及不同碰撞系統(tǒng)的比較，我們發(fā)現(xiàn)橢球流的強弱依賴于一個共同的量，參加反應(yīng)的核子數(shù)(Npart)。在理想流體力學(xué)極限下，由于系統(tǒng)充分熱化，橢球流由初始幾何形狀完全決定。因此這一實驗

8、結(jié)果表明理想流體極限在銅銅碰撞中沒有達(dá)到，可能是因為完全熱化這一假設(shè)并不成立。
　　 由于理想流體力學(xué)的基本假設(shè)是系統(tǒng)完全熱化，因此比較橢球流的實驗結(jié)果與理想流體的計算結(jié)果有助于我們研究RHIC能量下重離子碰撞早期所形成的物質(zhì)是否完全熱化。我們的研究表明，理想流體力學(xué)的橢球流對橫動量的依賴性的計算結(jié)果在不同對心度中與實驗結(jié)果不吻合。迄今為止，用于理想流體計算的模型仍有一些因素沒有考慮，諸如初始幾何形狀的逐事件漲落(這一效應(yīng)尤其對

9、中心碰撞的結(jié)果影響較大)，有限的粘滯系數(shù)等。因此，進(jìn)一步的理論研究需要考量這些因素是否導(dǎo)致了我們所觀察到的實驗數(shù)據(jù)與理論計算的不一致。
　　 利用輸運模型，我們分析了v2/ε對末態(tài)粒子密度的1/S dN/dy依賴性。我們的結(jié)果表明，在接近中心的金金200 GeV碰撞中，系統(tǒng)只達(dá)到了0.46+0.24-0.27或者0.75+0.14-0.10理想流體力學(xué)極限，不同的計算結(jié)果分別基于確定碰撞初始條件的模型Glauber與CGC。進(jìn)一

10、步，通過輸運模型所提取的Knudsen參數(shù)使得我們可以估算有效的部分子散射截面以及剪切粘滯系數(shù)相對于熵密度的比值。
　　 在2008年的測試運行中，STAR探測器成功的采集了三千個金金9.2 GeV碰撞事件。利用這些事件，我們測量了帶電強子，π介子和p重子的橢球流。我們的結(jié)果與相同碰撞能量相似碰撞系統(tǒng)NA49實驗組的發(fā)表結(jié)果吻合。這表明，STAR探測器在較低能量下運行良好，具有進(jìn)行束流能量掃描的能力。在即將進(jìn)行的RHIC能量掃描