相對論重離子碰撞中噴注淬火效應下的唯象研究.pdf

1、相對論重離子碰撞是在實驗室中形成高溫的極端條件并尋找夸克一膠子等離子體(QGP)的重要手段。人們期望通過這種方法產(chǎn)生足夠高的溫度,從而實現(xiàn)由強子物質(zhì)相向夸克物質(zhì)相的轉(zhuǎn)變。本世紀初,美國布魯海汶國家實驗室(BNL)的相對論重離子對撞機(RHIC),實現(xiàn)了質(zhì)心能量200GeV/核子的金.金對撞。實驗運行以來,積累了大量有意義的結果和發(fā)現(xiàn)。其中,能證明QGP物質(zhì)形成的重要實驗證據(jù)有:1)非對心碰撞中低橫動量區(qū)域觀測到的末態(tài)粒子的各向異性集體流

2、行為;2)中間橫動量區(qū)域發(fā)現(xiàn)了強子化過程呈現(xiàn)“組份夸克”的自由度;3)大橫動量區(qū)域出現(xiàn)的噴注淬火現(xiàn)象。綜合以上各個實驗觀測結果,理論界和實驗界認為,RHIC實驗中已經(jīng)看到了在比強子體積大干倍范圍內(nèi)所出現(xiàn)的夸克膠子自由度,一種強耦合的夸克-膠子等離子體(sQGP)已經(jīng)形成。
　　 在RHIC實驗以及運行能量更高的LHC實驗(√s=2.76TeV)中,大橫動量區(qū)域的物理將變得越來越重要。大橫動量區(qū)域觀察到的噴注淬火現(xiàn)象作為證明sQG

3、P形成的重要實驗證據(jù)之一,包括在金一金對心碰撞中大橫動量強子譜相對于質(zhì)子.質(zhì)子碰撞中的壓低效應,以及大橫動量雙強子產(chǎn)生時背靠背關聯(lián)現(xiàn)象的消失。在本文的研究中,我們將利用次領頭階微擾QCD(NLOPQCD)部分子模型來研究高能重離子碰撞中噴注淬火理論下大橫動量區(qū)域的一些物理問題。NLO PQCD部分子模型已經(jīng)被證明可以成功地描述質(zhì)子一質(zhì)子碰撞中大橫動量粒子的產(chǎn)生,后來又通過包含各種核效應,擴展到了金一金碰撞中單強子和雙強子產(chǎn)生的計算中,并

4、且對大橫動量開介子和帶電強子的產(chǎn)生給出了的很好地描述。
　　 我們利用噴注淬火效應下的NLO PQCD部分子模型來研究在RHIC能區(qū)金一金對心碰撞中,大橫動量的p/π比值問題。在金一金碰撞中會產(chǎn)生致密的QGP介質(zhì),理論計算表明膠子噴注在穿越QGP介質(zhì)時的能量損失要多于夸克的能量損失,這將自然地導致在噴注淬火效應下的金一金碰撞中所產(chǎn)生的大橫動量p/π比值要小于在同一能區(qū)下質(zhì)子.質(zhì)子碰撞中的比值情況。這一結論卻與RHIC實驗值相矛盾

5、。為了解決這一矛盾,我們主要探索了兩種情況:一種是,假定夸克和膠子噴注有相同的能量損失;另一種是,假定夸克和膠子噴注間存在強烈的交換效應。結果表明,這兩種情況都會使金一金對心碰撞中大橫動量p/π值有所提高,從而與實驗測量值接近。然而,在后一種情況中的-p/p要比前面一種情況中的值更加符合實驗結果。
　　 在由多重部分子散射和膠子韌致輻射所引起的噴注淬火的圖像中,部分子碎裂函數(shù)的介質(zhì)修正以及由此得到的大橫動量強子譜的壓低,均由沿噴

6、注傳播路徑方向的噴注輸運參數(shù)的值和它在時空演化所決定的。本文中,我們還通過高紐度(HT)方法得到了介質(zhì)修正的部分子碎裂函數(shù),利用NLO PQCD部分子模型,計算了RHIC能量下高能重離子碰撞中單強子譜的壓低因子,并通過與實驗數(shù)據(jù)的對比進行了分析。假定無論在QGP介質(zhì)中還是在強子相中,噴注輸運參數(shù)(q)都正比于粒子數(shù)密度,而e-A深度非彈性散射(DIS)中的噴注淬火的實驗數(shù)據(jù)又可以為我們提供一個在熱強子相物質(zhì)中的(q)h的信息。因此,我們

7、可以研究在初始時間τ0提取到的噴注輸運參數(shù)(q)0的初始值對介質(zhì)演化的依賴。其中,介質(zhì)橫向膨脹的效應,輻射流效應,相變以及非平衡態(tài)演化效應對(q)0的影響也都得到了深入研究。我們發(fā)現(xiàn)提取到的面值從1+3D理想流體力學模型中的(q)0τ0=0.54 GeV2變化到了部分子級聯(lián)模型中的0.96 GeV2,這其中主要的不同來自介質(zhì)物質(zhì)初始時刻的非平衡演化以及后來的強子相演化。研究表明,強子相對噴注淬火的總貢獻大概是22-44％,這是一個不容忽

8、視的份額,也有很重要的意義。因此,早期部分子的非平衡演化的現(xiàn)實描述以及后來的強子相互作用,對重離子碰撞中強相互作用QGP介質(zhì)中的噴注淬火參數(shù)的精確提取都起著至關重要的作用。
　　 最后,通過NLO PQCD部分子模型,我們也預測了質(zhì)心能量√s=2.76 TeV的鉛-鉛碰撞中,大橫動量π介子譜的核修正因子RAA(pT)。根據(jù)LHC中ALICE實驗組得到的鉛-鉛對心碰撞產(chǎn)生的帶電強子多重數(shù)dNch/dη=1584±80的最新實驗數(shù)據(jù)