第一章引言

1.1背景介紹
標(biāo)準(zhǔn)模型中的費(fèi)米子包含輕子和夸克，輕子可見，但尚未觀察到自由存在的夸克，一種主流的說法是夸克被強(qiáng)相互作用禁閉在強(qiáng)子內(nèi)。描述強(qiáng)相互作用的理論是量子色動(dòng)力學(xué)QCD (Quantum Chromodynamics),其最重要的特征是漸進(jìn)自由，即彼此靠近時(shí)作用力很弱，幾乎是自由粒子，遠(yuǎn)離時(shí)作用力變強(qiáng)，猶如一層無形的口袋將組分夸克包裹在一起，量子色動(dòng)力學(xué)理論預(yù)言在極端高溫高密度條件下，夸克禁閉會(huì)解除，從而形成夸克-膠子等離子體(Quark Gluon Plasma)。根據(jù)宇宙起源“大爆炸理論”，宇宙在演化過程中經(jīng)歷了一系列巨大變化：從高溫高密度的夸克-膠子等離子體QGP(Quark Gluon Plasma)狀態(tài)，演變成之后的夸克-膠子禁閉(質(zhì)子、中子、膠球…)狀態(tài)。相對(duì)論重離子碰撞可以在原子核尺度范圍內(nèi)以極短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)極高溫和極高密度條件。研究這種極端條件下的物質(zhì)性質(zhì)，對(duì)于認(rèn)識(shí)宇宙起源和新物質(zhì)形態(tài)一一夸克-膠子等離子體有重要的意義。位于美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論性重離子對(duì)撞機(jī)RHICC RelativisticHeavy-Ion Collisions)和歐洲核子中心(CERN)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC(LargeHadron Collider)的目的就是要?jiǎng)?chuàng)造高溫高密度條件，以便產(chǎn)生和研究夸克-膠子等離子體，并達(dá)到在實(shí)驗(yàn)室中再現(xiàn)宇宙誕生和演化的過程。
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1.2相對(duì)論重離子碰撞
高能重離子對(duì)撞物理，己發(fā)展成為一門介于粒子物理和原子核物理之間的交叉性學(xué)科。這一學(xué)科的研宄目標(biāo)是在相對(duì)論能量下產(chǎn)生并研宄重離子對(duì)撞中可能形成的極端高溫、高密度核物質(zhì)的性質(zhì)，以及探索新的核物質(zhì)相。在一定條件下，當(dāng)重離子速度加速到接近光速時(shí)，由于洛倫茲收縮效應(yīng)，重離子會(huì)表現(xiàn)為圓盤狀。兩個(gè)劇烈碰撞的重離子，在核子經(jīng)過多次碰撞之后，大部分能量已損失，但是依然有足夠的能量使其繼續(xù)穿過中心區(qū)，而在碰撞中心區(qū)形成了重子數(shù)密度幾乎為零的極高溫和極高能量密度的夸克-膠子等離子體。在此重離子碰撞中產(chǎn)生的夸克-膠子等離子體會(huì)快速地膨脹而冷卻，當(dāng)冷卻之后的溫度達(dá)到相變的臨界溫度時(shí)，就會(huì)發(fā)生夸克-膠子等離子體向強(qiáng)子物質(zhì)的轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生大量的末態(tài)強(qiáng)子。通過對(duì)末態(tài)產(chǎn)物的橫動(dòng)量譜分布的分析，可以得到關(guān)于碰撞所產(chǎn)生的高溫高密度熱力學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征。圖1.1是強(qiáng)相互作用物質(zhì)的相變圖，X軸是與凈重子密度相關(guān)的重子化學(xué)勢(shì)，y軸是溫度T。紅色的線是假設(shè)的相邊界，物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌鄷r(shí)需要經(jīng)歷相變。普通核的重子化學(xué)勢(shì)較高，溫度較低。藍(lán)色箭頭代表的是相對(duì)論重離子碰撞系統(tǒng)遵循的相變路徑，2條藍(lán)色線代表不同碰撞能量條件下的相變路徑。d+Au碰撞系統(tǒng)會(huì)沿藍(lán)色的路徑演變，但是由于d+Au碰撞系統(tǒng)較小，不會(huì)引起夸克-膠子等離子體的形成。圖1.1的其他相是被理論物理學(xué)家預(yù)測(cè)存在的奇異態(tài)，目前還沒有被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在相對(duì)論重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中，我們無法直接觀察碰撞過程，但可以觀察碰撞中產(chǎn)生的末態(tài)粒子分布。粒子產(chǎn)生中的化學(xué)組分以及不同粒子的動(dòng)量譜都可以給出碰撞過程中粒子之間相互作用的信息。
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第二章TBW模型

2.1傳統(tǒng)BGBW模型
測(cè)量到的帶負(fù)電的強(qiáng)子的快度分布比靜態(tài)熱源能夠假設(shè)的要寬，包含了共振衰減也沒能改善這種情況，因?yàn)樗鼈兪沟玫蜋M質(zhì)量譜變得陡峭，又以同樣的方式使得快度分布變窄。顯然，測(cè)量的n介子動(dòng)量分布不是各向同性的，與碰撞核的方向相關(guān)。由Bjorken假定的“縱向洛倫茲變換不變擴(kuò)展模型”可以解釋粒子產(chǎn)生階段的各向異性，隨后在完全散射之后，得到物質(zhì)局部熱化分布的洛倫茲變換不變的流。在角度方向均勻分布的單一熱源譜的加和就可以得到所觀察到的粒子譜。但是實(shí)驗(yàn)中的束能量是有限制的，所以要通過限制角度ri的范圍區(qū)間來修改變換不變條件，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的質(zhì)子譜比計(jì)算的譜要寬，且在中心快度區(qū)時(shí)有下沉；很明顯，測(cè)量到的質(zhì)子依然攜帶大量的（50%)原初碰撞的能量，譜包含了IE和彈核碎裂區(qū)域的很多質(zhì)子，這個(gè)區(qū)域沒有遭受足夠多的碰撞以使之成為中心火球的一部分。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)快度y譜中，中心區(qū)域和碎裂區(qū)域之間沒有明確的分離，只為中心區(qū)域制作的模型必定會(huì)對(duì)碎裂區(qū)域的質(zhì)子失效。洛倫茲變換不變條件下的縱向擴(kuò)展對(duì)應(yīng)于（1+1)維的流體力學(xué)方程的解。事實(shí)上，由于初始條件是各向異性的，想必是一維擴(kuò)展最初占主導(dǎo)地位。但是這與熱化系統(tǒng)集體在縱向擴(kuò)展而沒有因流體力學(xué)系統(tǒng)中高壓而產(chǎn)生的橫向流假設(shè)不一致。如果方位角對(duì)稱性保持不變，這應(yīng)該至少由2+1維的流體力學(xué)來計(jì)算，否則應(yīng)該是3+1維了，因?yàn)闄M向擴(kuò)展會(huì)增加冷卻的速率。不僅是理論上需要納入橫向流這一概念，實(shí)驗(yàn)上也進(jìn)一步觀察到了橫向流現(xiàn)象的存在。
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2.2 Tsallis 統(tǒng)計(jì)
熱力學(xué)的兩個(gè)基石是：能量和熵。前者關(guān)注（動(dòng)力或機(jī)械的）可能性，后者關(guān)注可能性發(fā)生的概率。前者更基礎(chǔ)，明顯地依賴于物理系統(tǒng)（經(jīng)典的、量子的、相對(duì)論的或任何其他的）；后者更微妙，反映物理系統(tǒng)的信息。很明顯，前者與具體的系統(tǒng)直接相關(guān)，其特征是哈密頓量(包括可能的慣性項(xiàng)、可能的相互作用、可能存在的外部場(chǎng)）。對(duì)于后者的爐來說，這些不是很明顯。一直以來認(rèn)為物理系統(tǒng)摘的微觀表達(dá)是普遍的，即與系統(tǒng)無關(guān)，W是在總能量、總粒子數(shù)等限制下，系統(tǒng)可能性事件的總數(shù)。這就是玻爾茲曼-吉布斯（BG)統(tǒng)計(jì)，它成功地運(yùn)用在很多熱力學(xué)系統(tǒng)的研究中，如短程相互作用和Markovian過程，一般來說這些系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)相空間的占有率往往都是遍歷的。但是玻爾茲曼-吉布斯統(tǒng)計(jì)被廣泛接受的普遍性中沒有一個(gè)嚴(yán)格的基石。一般認(rèn)為那些更復(fù)雜的微觀系統(tǒng)的相空間的動(dòng)態(tài)占用并不只有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，如多或等級(jí)分形幾何，在這樣的情況下，對(duì)熵的定義就需要更進(jìn)一步化。
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第三章RHIC實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)來源 ........37
3.1 The Relatistic Heavy Ion Collider (RHIC) ........ 37
3.2 RHIC-STAR 實(shí)驗(yàn)裝置........ 38
3.3 RHIC-PHENIX 實(shí)驗(yàn)裝置........ 42
3.4 RHIC-BRAHMS 實(shí)驗(yàn)裝置........ 45
3.4.1全局探測(cè)器........ 47
3.4.2徑跡探測(cè)器........48
3.4.3 粒子鑒別探測(cè)器........ 49
3.5 RHIC-PHOBOS 實(shí)驗(yàn)裝置........ 51
3.6數(shù)據(jù)來源........ 53
第四章結(jié)果........ 55
4.1中心快度區(qū)介子及重子的TBW分析結(jié)果........ 55
4.1.1介子結(jié)果 ........55
4.1.2重子結(jié)果 ........70
4.2 I/V粒子譜的TBW分析........ 82
第五章討論與結(jié)論........ 97
5.1 STAR上中心快度區(qū)介子TBW分析結(jié)果的參數(shù)比較........ 97
5.2中心快度區(qū)n=l情形STAR擬合參數(shù)和PHENIX擬合參數(shù)比較........ 99
5.3 STAR上中心快度區(qū)重子TBW分析結(jié)果的參數(shù)比較........101
5.4粒子譜的TBW分析結(jié)果的參數(shù)比較........ 103
5.5 BRAHMS前向快度區(qū)介子TBW分析結(jié)果的參數(shù)比較........ 105
5.6 小結(jié)........ 106
5.7 展望 ........108

第五章討論與結(jié)論

5.1 STAR上中心快度區(qū)介子TBW分析結(jié)果的參數(shù)比較
圖5.1是STAR上中心快度區(qū)介子譜的平均徑向流P比較，從圖上可以看出n=l情形得到的平均徑向流P要大于n=0情形得到的平均徑向流P;橫動(dòng)量擬合范圍未做截?cái)嗲樾蔚玫降钠骄鶑较蛄髭嘁笥赑r < 擬合范圍得到的平均徑向流P。P+P碰撞中的徑向流為0，d+Au中的徑向流應(yīng)該來自于碰撞過程中產(chǎn)生的橫向動(dòng)量推進(jìn)（boost)。從中心度來看，徑向流P隨中心度的增加而減小，在擦邊碰撞中達(dá)到最小，可能是因?yàn)樵诓吝吪鲎仓�，碰撞厚度較小，參與碰撞的粒子數(shù)較少，形成的徑向流相對(duì)也較小。從流形n來看，n=l情形側(cè)重于末態(tài)效應(yīng)，n=0情形則側(cè)重于初態(tài)效應(yīng)，而在初態(tài)效應(yīng)（包括克羅寧效應(yīng)、核遮蔽和CGC)中，CGC效應(yīng)在中心快度區(qū)較弱，其影響可忽略，核遮蔽效應(yīng)不改變粒子的橫向動(dòng)量分?jǐn)?shù)，初態(tài)散射的橫向作用會(huì)給粒子帶來橫向動(dòng)量，演變?yōu)槟⿷B(tài)的徑向流。在中心碰撞中徑向流最大，可能是因?yàn)榕鲎驳暮穸容^大，初態(tài)散射較強(qiáng)，形成的徑向流也相對(duì)較大。此外，，末態(tài)效應(yīng)也有可能增加徑向流。

小結(jié)

從以上的TBW分析結(jié)果可以看出，TBW模型可以很好的描述RHIC上d+Au碰撞，從結(jié)果中可以得到以下結(jié)論：
(1)碰撞中重粒子的橫動(dòng)量譜比輕粒子的橫動(dòng)量譜要平坦的多。
(2) n=0情形的徑向流要比n=l情形徑向流要小。
(3)從中心快度區(qū)STAR介子的結(jié)果來看，pT < 3GeV/c情形下的徑向流要小于橫動(dòng)量無任何截?cái)鄷r(shí)的徑向流。
(4)不同的n值和不同的擬合范圍對(duì)凍出溫度T影響不大，化學(xué)凍出溫度基本是穩(wěn)定的，與中心度無關(guān)。
(5)擬合范圍巧< 3GeV/c情形下的不平衡度q要大于橫動(dòng)量無任何截?cái)嗲樾蜗碌牟黄胶舛萹。
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參考文獻(xiàn)（略）