本文關(guān)鍵詞：高能碰撞中末態(tài)產(chǎn)物的橫動(dòng)量分布與反應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)凍結(jié)溫度

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【摘要】：相對(duì)論性重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)和大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)能區(qū)的重離子碰撞系統(tǒng)演化,形成了極端高溫高密環(huán)境,從而形成了夸克-膠子等離子體(QGP)或夸克物質(zhì),并產(chǎn)生了大量的末態(tài)產(chǎn)物(粒子和噴注)。通過(guò)研究各類末態(tài)產(chǎn)物的橫動(dòng)量譜可以探究粒子和噴注的產(chǎn)生機(jī)制、QGP新物質(zhì)及反應(yīng)系統(tǒng)的演化性質(zhì),特別是在動(dòng)力學(xué)凍結(jié)時(shí)刻的性質(zhì)。研究反應(yīng)系統(tǒng)的溫度問(wèn)題可以認(rèn)識(shí)RHIC和LHC能區(qū)對(duì)撞系統(tǒng)的橫向激發(fā)程度,以及軟激發(fā)過(guò)程和硬散射過(guò)程的貢獻(xiàn)份額,并能為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)超高能區(qū)反應(yīng)系統(tǒng)的激發(fā)程度提供依據(jù)。本文在多源熱模型框架內(nèi),通過(guò)不同類型的統(tǒng)計(jì)分布研究了RHIC和LHC能區(qū)不同碰撞系統(tǒng)中各類末態(tài)產(chǎn)物的橫動(dòng)量分布,提取了反應(yīng)系統(tǒng)的有效溫度和動(dòng)力學(xué)凍結(jié)溫度,分析了碰撞系統(tǒng)在動(dòng)力學(xué)凍結(jié)時(shí)刻的橫向激發(fā)程度問(wèn)題,并得到了系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)圖樣。采用建立在平衡態(tài)或局域平衡態(tài)假設(shè)下的的多組分標(biāo)準(zhǔn)分布、多組分Erlang(厄蘭)分布、Tsallis(薩利斯)分布、薩利斯形式的標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱薩利斯-標(biāo)準(zhǔn))分布描述了RHIC和LHC能區(qū)質(zhì)子-反質(zhì)子(p-p),質(zhì)子-質(zhì)子(p-p)和核-核[氘-金(d-Au),銅-銅(Cu-Cu)、金-金(Au-Au)、鉛-鉛(Pb-Pb)、質(zhì)子-鉛(p-Pb)]碰撞中產(chǎn)生的各種末態(tài)輕粒子和強(qiáng)子噴注的橫動(dòng)量譜。從三種分布中直接提取了三種有效溫度,利用平均橫動(dòng)量提取了Rayleigh(瑞利)修正的有效溫度和新定義的有效溫度。分析了有效溫度對(duì)粒子種類、質(zhì)心能量、碰撞中心度和核尺寸的依賴關(guān)系,探討了粒子的產(chǎn)生機(jī)制、反應(yīng)系統(tǒng)的激發(fā)度、軟激發(fā)和硬散射過(guò)程的貢獻(xiàn)份額以及QGP對(duì)碰撞系統(tǒng)的影響。研究表明,從輕粒子橫動(dòng)量譜提取的有效溫度低于從噴注橫動(dòng)量譜提取的有效溫度。雖然系統(tǒng)的有效溫度對(duì)模型有強(qiáng)烈的依賴性,不同模型提取的有效溫度大小不同,但是不同的有效溫度對(duì)碰撞系統(tǒng)的依賴規(guī)律是一致的。一般地,有效溫度隨粒子質(zhì)量、碰撞中心度、質(zhì)心能量及系統(tǒng)尺寸的增大而增大。核-核碰撞中產(chǎn)生的QGP的阻止效應(yīng)會(huì)使有效溫度隨質(zhì)心能量、碰撞中心度和系統(tǒng)尺寸的變化速度變慢,甚至變化量出現(xiàn)零。對(duì)噴注的研究表明,在相對(duì)較復(fù)雜的反應(yīng)系統(tǒng)中,存在噴注淬火效應(yīng),這種效應(yīng)是高能量夸克膠子噴注在穿過(guò)熱密物質(zhì)過(guò)程中造成的快速能損現(xiàn)象,而且碰撞中心度越高,這種效應(yīng)越明顯。系統(tǒng)的軟激發(fā)(硬散射)過(guò)程的貢獻(xiàn)份額是用兩組分分布中第一組分(第二組分)的相對(duì)權(quán)重k_1(k_2)表示的。分析表明,在粒子橫動(dòng)量譜中,低橫動(dòng)量區(qū)對(duì)應(yīng)軟過(guò)程的貢獻(xiàn),高橫動(dòng)量區(qū)對(duì)應(yīng)硬過(guò)程的貢獻(xiàn)。低橫動(dòng)量區(qū)的噴注是由數(shù)個(gè)�？淇撕湍z子經(jīng)過(guò)強(qiáng)相互作用形成或者是高能部分子噴注經(jīng)過(guò)QGP介質(zhì)遭受較大能損而形成,高橫動(dòng)量區(qū)的噴注則是由碰撞初期兩個(gè)價(jià)夸克之間更強(qiáng)烈的迎頭碰撞造成的。低橫動(dòng)量區(qū)的末態(tài)輕粒子主要來(lái)自QGP(或通常的強(qiáng)子物質(zhì)),而高橫動(dòng)量區(qū)的輕粒子則來(lái)自噴注,由夸克和膠子之間強(qiáng)烈的迎頭碰撞造成。研究表明,碰撞系統(tǒng)的激發(fā)程度主要由軟激發(fā)過(guò)程決定,即軟激發(fā)過(guò)程的貢獻(xiàn)份額大于硬散射過(guò)程的。軟激發(fā)過(guò)程的貢獻(xiàn)份額均在50%以上,甚至高達(dá)99%。同樣,軟激發(fā)份額與粒子種類、質(zhì)心能量、碰撞中心度和核尺寸有關(guān)。質(zhì)心能量越高,硬散射產(chǎn)額越大。碰撞中心度越高,硬散射產(chǎn)額越大。核-核碰撞中,系統(tǒng)越復(fù)雜,硬散射越劇烈。但由于QGP的阻止,使碰撞系統(tǒng)的軟激發(fā)比重增大,硬散射產(chǎn)額降低。且重粒子的硬散射產(chǎn)額降低較大,中心碰撞區(qū)硬散射產(chǎn)額降低較大,系統(tǒng)越復(fù)雜,硬散射產(chǎn)額下降越嚴(yán)重。研究表明,從粒子橫動(dòng)量譜中提取的有效溫度既包含了熱運(yùn)動(dòng),又受到了流效應(yīng)的影響。采用多組分厄蘭分布和薩利斯統(tǒng)計(jì)分析了質(zhì)心能量0.2-7 TeV下核-核及質(zhì)子-質(zhì)子碰撞產(chǎn)生的末態(tài)輕粒子的橫動(dòng)量譜,從平均橫動(dòng)量、平均動(dòng)量和有效溫度與粒子靜止(和運(yùn)動(dòng))質(zhì)量關(guān)系中,經(jīng)對(duì)比分析,找到了一種提取反映熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)凍結(jié)溫度(發(fā)射源真實(shí)溫度)和平均橫向流的新方法。在薩利斯、薩利斯形式的標(biāo)準(zhǔn)分布和多組分標(biāo)準(zhǔn)分布下提取了三種動(dòng)力學(xué)凍結(jié)溫度和平均橫向流,并探討了凍結(jié)溫度和橫向流對(duì)模型和碰撞能量、系統(tǒng)尺寸的依賴關(guān)系。研究表明,提取動(dòng)力學(xué)凍結(jié)溫度對(duì)模型有較大的依賴性。雖然從標(biāo)準(zhǔn)分布提取的平均動(dòng)力學(xué)凍結(jié)溫度明顯高于從薩利斯分布提取的平均動(dòng)力學(xué)凍結(jié)溫度,但是三種凍結(jié)溫度對(duì)碰撞系統(tǒng)的依賴規(guī)律是一致的。平均動(dòng)力學(xué)凍結(jié)溫度隨中心度的增大而略微增大,或者說(shuō)在誤差范圍內(nèi)沒(méi)有明顯的變化,同時(shí)基本不依賴于質(zhì)心能量和碰撞系統(tǒng)尺寸。粒子的平均橫向流速不依賴于模型。從0.2-7 TeV的P-P、Cu-Cu、Au-Au、Pb-Pb、p-Pb碰撞中提取的平均橫向流大部分在(0.35-0.53c)范圍內(nèi),平均值約為0.431c。平均橫向流速隨質(zhì)心能量、碰撞中心度和系統(tǒng)尺寸的增大有輕微的增大趨勢(shì)。另外,從用多源熱模型分析非單衍射(NSD)p-Pb在5.02 TeV能量下碰撞產(chǎn)生的帶電粒子的橫動(dòng)量和贗快度分布中,提取了其他相關(guān)的分布和動(dòng)力學(xué)凍結(jié)時(shí)刻反應(yīng)系統(tǒng)在快度、動(dòng)量、速度(坐標(biāo))空間的結(jié)構(gòu)圖樣。射彈p-柱和靶核Pb-柱的貢獻(xiàn)比值因此獲得。研究表明,兩個(gè)柱在小y_T(在橫向定義的快度)和|y_(1,2)|(在x、y方向定義的快度)區(qū)域的貢獻(xiàn)明顯不同,但是在中間取值的y_T和|y_(1,2)|區(qū)域的貢獻(xiàn)基本相同。粒子數(shù)密度在小|y_(1,2)|(動(dòng)量分量|p_(x,y,z)|)和y_T(橫動(dòng)量pr)區(qū)域內(nèi),比在大|y_(1,2)|(|p_(x,y,z)|)和y_T(p_T)區(qū)域內(nèi)的取值要大。由于動(dòng)力學(xué)限制,在快度(動(dòng)量)空間還存在一些粒子數(shù)密度為零的區(qū)域。在速度(坐標(biāo))空間粒子數(shù)密度在小|β_(x,y)|(速度分量)和屏(橫速度)區(qū)域及大|β_z|區(qū)域內(nèi),比在大|β_(x,y)|和β_T區(qū)域及小|β_z|區(qū)域內(nèi)的取值要大。在坐標(biāo)空間,粒子的最大速度散射點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)不規(guī)則的球面,該球面在接近兩個(gè)束流方向的區(qū)域內(nèi)粒子數(shù)密度較大。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O572

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1278055