高能碰撞中反应系统的动力学冻结温度与末态粒子的横向流速

发布时间：2020-07-15 06:07

【摘要】：在高能核物理中,质子-质子(p-p)、质子-核(p-A)和核-核(A-A)碰撞中产生的带电粒子和中性粒子的横动量(pT)谱,是实验上非常重要的可观测量。特别地,在相对论性重离子对撞机(RHIC)和大型强子对撞机(LHC)上的碰撞过程,为人们提供了很好的机会来研究夸克-胶子等离子体(QGP)的产生信号和特征,多粒子产生特性,以及相互作用系统的特征。通过研究pT谱,可以获得一些有用的信息,其中包含但不限于相互作用系统的有效温度(T或Teff)、化学冻结温度(Tch)、动力学(或运动学)冻结温度(T0或Tkin),以及末态粒子的横向流速(βT)。通过研究相互作用系统的T0和末态粒子的βT,可以帮助人们更进一步地了解反应系统的横向激发程度和动力学膨胀特性。在高能碰撞中引入了许多模型。这些模型主要分为两大类:一类是流体动力学模型,另一类是热力学与统计模型。流体动力学模型主要描述系统的具体演化过程,侧重于多粒子的动力学行为。热力学与统计模型主要描述产生粒子的属性,侧重于研究末态粒子的集体或整体统计行为。流体动力学模型和热力学与统计模型都对相互作用过程及其产物给出了部分描述。为了对高能碰撞过程有更深刻的认识,在流体动力学框架中(比如冲击波模型中)嵌入了简单的统计分布(比如玻尔兹曼或萨利斯分布),从而发展了基于玻尔兹曼-吉布斯统计或萨利斯统计的冲击波模型。本论文完成的工作和取得的成果主要有以下两方面,每一方面都包含了较为丰富的内容。(一)用未经过流效应修正的萨利斯分布,描述了 ALICE合作组在每核子对质心能量((?))为2.76 TeV、在中心快度区、不同中心度的铅-铅(Pb-Pb)碰撞中所产生的不同粒子的pT谱,并获得了参数(有效温度、熵指数、归一化因子)与碰撞中心度和粒子静止质量的依赖关系。从pT谱中提取出的T随粒子静止质量的增大而增大,随中心度的减小而减小。从T和粒子静止质量的线性关系的截距中获得了动力学冻结时刻的发射源温度,同时在发射源的静止系中,从平均(横)动量与平均运动质量的线性关系的斜率中获得了粒子的(横向)流速。结果表明,发射源温度随粒子静止质量的增大而增大,同时得到了质量依赖的微分或多动力学冻结图像的一个证据。接着,用经过流效应修正的萨利斯分布分析了金-金(Au-Au.)、Pb-Pb在中心和边缘碰撞中产生的带电的π介子(π+和π-)、带电的K介子(K+和K-)、以及质子(p)和反质子(p)的pT谱。这些碰撞的(?)范围从RHIC能区的14.5 GeV到LHC能区的2.76TeV。对于具有较窄范围的pT谱,使用了改进后的萨利斯分布,即加流的萨利斯分布。对于具有宽范围的pT谱,则使用了改进后的萨利斯分布和反向幂次律的叠加形式进行描述。提取到的动力学冻结温度T0和径向流速βT均随着(?)的增加而增加,这表明在LHC上相互作用系统具有更高的激发程度和更大的膨胀特性。中心碰撞中的T0和βT值都略大于边缘碰撞中的值。(二)采用五种分布(或模型)分析了 RHIC和LHC能区的大碰撞系统如铜-铜(Cu-Cu)、Au-Au和Pb-Pb碰撞,以及小碰撞系统如氘-金(d-Au)、p-p和质子-铅(p-Pb)碰撞,在中心和边缘碰撞中产生的带电粒子(π±、K±、p和p)和中性粒子(Ks)的pT谱,提取了T0和βT参数。这些仅描述软激发过程的分布(或模型)包括:Boltzmann(玻尔兹曼)分布、Tsallis(萨利斯)分布、改进的萨利斯分布、基于Boltzmann-Gibbs(玻尔兹曼-吉布斯)统计的冲击波模型(BGBW模型:)和基于萨利斯统计的冲击波模型(TBW模型)等。对于硬散射过程,统一使用了反向幂次律。即,对于具有较宽范围的pT谱,分别使用了这五种分布(或模型)与反向幂次律的叠加形式进行描述。研究发现,通过使用零或接近零的βT的常规BGBW模型获得的,中心和边缘碰撞中的T0的相对大小与其他方法不一致。通过对此方法中边缘碰撞的βT进行修正,考虑βT取为～(0.40±0.07)c,重新计算之后得到的结果与其他方法一致。结果表明,中心碰撞中的T0略大于边缘碰撞中的T0,意味着在中心碰撞中有更多的能量沉积,相互作用系统因而有更高的激发程度,这是由于有更多参加者核子参与了激烈的碰撞。特别地,LHC上的T0大于或等于RHIC上的T0,从RHIC到LHC,略微增加或几乎不变的T0预示着碰撞能量的有限或最大沉积。对βT的研究表明,与边缘碰撞相比,除改进的萨利斯分布外,其他方法在中心碰撞中显示略大或几乎不变的βT,并且与RHIC相比,在LHC中显示略大或几乎不变的βT。从边缘到中心碰撞以及从RHIC到LHC,βT略微增加或几乎不变,这预示着相互作用系统承受的有限或最大冲击。对于小碰撞系统而言:,与:中心A-A碰撞相比,p-p碰撞更接近于边缘碰撞。.此外,在不同碰撞能区,收集了中心Au-Au、中心Pb-Pb、非弹性或非单衍射的p-p碰撞,在中心快度区(在大多数情况下)所产生的π-和π+、K-和K+以及p和p的产额。基于能量范围从几个GeV到高于1TeV的负粒子和正粒子的产额比π-;π+、K-/K+和p/p,得了不同类型轻粒子的化学势和不同味轻夸克的化学势,并研究了化学势对碰撞能量的依赖性。与其他能量相比,在几GeV(约4 GeV)时,化学势显示出不同的行为,而产额比并没有表现出不同的行为,尽管在非常高的能量下,化学势的极限值和产额比分别为0和1。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O572
【图文】：

径向流示意图[38]

高能碰撞中反应系统的动力学冻结温度与末态粒子的横向流速

用萨利斯分布拟合900GeVp-p碰撞中，ALICE合作组[61]测量的、K和p的Tp谱（左上图），CMS合作组[68]测量的0sK、和的谱（其他三个图），线是公式（2.5.38）拟合的结果

高能碰撞中反应系统的动力学冻结温度与末态粒子的横向流速

用萨利斯分布拟合不同谱得到的T和q的值，图片取自参考文献[56]

【参考文献】