以正负粒子对为探针研究相对论重离子碰撞中产生的磁场
发布时间：2020-08-16 20:11
【摘要】：在相对论重离子碰撞过程中产生一个超强的磁场,理论计算该磁场的大小约为1015T。由于该磁场的存在时间很短,很快的就发生了衰变,于是在实验上很难直接的对该磁场进行测量。于是乎就提出了许多针对该磁场的测量方法,这就包括charmonium产额的各项异性,∧和∧的全局极化分离现象,夸克的直接流,以及在正负电子对的pT谱的变宽效应等等。但是目前在实验上还是无法对该磁场进行直接的测量,于是我们经过深入的研究,提出了以正负粒子对为探针探测相对论重离子碰撞过程中超强磁场存在的方法。在相对论重离子碰撞过程中,由于磁场的存在,带电粒子受到洛伦兹力作用使得粒子在磁场的作用下运动方向产生偏转,对于电荷符号相反的粒子,偏转效果也相反。我们就提出观测量△α,即正负粒子运动方向间的夹角在反应平面的投影,作为探测极强磁场的探针。在没有磁场存在的条件下,由于正负粒子交换后的概率与交换前相等,于是△α的分布应该是关于△α = 0或△α = π对称。当磁场存在时,△α会变小,这样就打破了之前的对称性,把这一不对称性提取出来就可以由此间接的对磁场进行测量。极化和平衡函数两个量化这一不对称性的办法被提出来。极化的方法就是通过定义单位矢量s≡e+×e-/|sinξ|然后测量s相对于磁场方向的极化。平衡函数的方法就是引入稍作修改的平衡函数,定义BP(△α)和BN(△α),然后引入歪度(Skewness)计算BP(△α)和BN(△α)的不对称性。为了观察我们提出的两个量化观测量对磁场的敏感度,我们还比较了这两个观测量与pT谱的变宽的方法对磁场的敏感度,确认我们提出的方法对磁场有更强烈的敏感度。强相互作用由量子色动力学(QCD)描述,这一理论有两个基本特征,色禁闭和渐近自由。根据格点QCD计算,存在一种高温高密的物质状态,夸克从禁闭的强子中解放出来,形成一种新的物质形态——夸克胶子等离子体(QGP)。为了研究这一新的物质形态,科学家在美国布鲁克海文国家实验室建成了相对论重离子对撞机(RHIC),并组建了探测器系统(STAR),这极大的推动了在实验上对这一物质形态的认识。在理论上多相输运模型(AMPT)可以描述碰撞系统整个演化过程。我们利用AMPT模型,以φ介子为探针,引入核修正因子,比较不同能量和对称性的对撞系统,观测到碰撞系统由d+Au,Cu+Au到Au+Au变化的过程中,系统由冷原子效应主导到逐渐转化为由热密物质效应主导的过程。在实验方面本文还讨论了 STAR的高阶触发系统。由于RHIC亮度的不断提高,但数据采集能力的有限,于是STAR发展了高阶触发系统(HLT)。高阶触发系统是相对于低阶触发系统而言,由于高阶触发系统允许更高的触发时间,就可以得到TPC,TOF,MTD等重要探测器的信息,通过高性能计算机的处理,实时的完成粒子飞行径迹和事件的重构,针对不同的物理分析目标,可以挑选出我们希望得到的事件,这很大的提高了我们的物理分析效率。在粒子飞行径迹重构过程中,由于空间电荷效应和栅格泄漏效应的存在,我们介绍了空间电荷效应和栅格泄漏效应的修正方法。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O571.6
【图文】：
即电磁相互作用，弱相互作用和强相互作用。图1.1标准模型包括的基本粒子图 1.1是标准模型包括的基本粒子。基本粒子分两大类：费米子和玻色子。费米子的自旋为半整数，遵守泡利不相容原理，包括三代夸克 (u,d,s,c,t,b)，三代轻子 (e, , ) 和其对应的中微子 (e μ τ) 以及他们对应的反粒子。玻色子的自旋为整数，不受泡利不相容原理约束，包括光子，胶子，W ，Z0和 Higgs 粒子，其中光子，胶子，W 和 Z0为矢量玻色子，只有 Higgs 粒子为标量玻色子。Higgs 粒子与基本粒子相互作用，利用自发对称性破缺来赋予基本粒子质量。矢量玻色子是传递力的媒介，如图 1.2
依据宇宙大爆炸理论，宇宙产生于一次温度密度无限大的奇点大爆炸，爆炸发生后的几个毫秒内，整个宇宙都处于一种夸克胶子等离子体的物质形态。因此对 QGP 的研究对认识宇宙的早起演化过程有重大意义。图1.5就展示根据大爆炸理论的宇宙演化过程。图1.4根据宇宙大爆炸理论推出的宇宙演化示意图依据格点QCD(LQCD)的计算，发生QGP相变的临界温度Tc大约为 MeVMeV[11]。图1.5展示了经 LQCD 计算后不同味组合下系统的熵 T4随温度T Tc的变化。从图中可以看出，当温度达到临界温度 Tc时，系统的熵快速的增大，这表明系统发生了 QGP 相变，夸克从强子中解禁出来形成自由的夸克，同时我们也发现当系统达到 QGP 状态下时经过 LQCD 计算出来的数值要低于Stefan-Boltzmann 极限，这就表明在 QGP 中，夸克和胶子还没有达到完全自由的状态
强子化和冻出四个阶段。图1.7相对论重离子碰撞演化示意图 预平衡阶段 (Pre-Equilibrium)。相对论重离子对撞后，碰撞区域的温度急剧升高的过程中，部分子之间发生剧烈的散射，然后产生大量的解禁状态下的夸克和胶子。在经过大约 fm c 的时间后，系统达到局域热平衡，该阶段结束，开始进入下一阶段夸克胶子等离子体的演化阶段。高横动量 (transverse momentum)的粒子和大量的光子都在此阶段产生，包括直接光子，虚光子和实光子。 夸克胶子等离子体阶段 (QGP)。预平衡阶段结束后，夸克胶子等粒子体形成，系统达到局域热平衡，接下来产生的夸克胶子等离子体安装流体动力学进行演化 [14]。体系的演化具体按流体力学的方程：Tμνx uμuν x P x gμνP xμTμνx (1.3)8
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O571.6
【图文】：
即电磁相互作用，弱相互作用和强相互作用。图1.1标准模型包括的基本粒子图 1.1是标准模型包括的基本粒子。基本粒子分两大类：费米子和玻色子。费米子的自旋为半整数，遵守泡利不相容原理，包括三代夸克 (u,d,s,c,t,b)，三代轻子 (e, , ) 和其对应的中微子 (e μ τ) 以及他们对应的反粒子。玻色子的自旋为整数，不受泡利不相容原理约束，包括光子，胶子，W ，Z0和 Higgs 粒子，其中光子，胶子，W 和 Z0为矢量玻色子，只有 Higgs 粒子为标量玻色子。Higgs 粒子与基本粒子相互作用，利用自发对称性破缺来赋予基本粒子质量。矢量玻色子是传递力的媒介，如图 1.2
依据宇宙大爆炸理论，宇宙产生于一次温度密度无限大的奇点大爆炸，爆炸发生后的几个毫秒内，整个宇宙都处于一种夸克胶子等离子体的物质形态。因此对 QGP 的研究对认识宇宙的早起演化过程有重大意义。图1.5就展示根据大爆炸理论的宇宙演化过程。图1.4根据宇宙大爆炸理论推出的宇宙演化示意图依据格点QCD(LQCD)的计算，发生QGP相变的临界温度Tc大约为 MeVMeV[11]。图1.5展示了经 LQCD 计算后不同味组合下系统的熵 T4随温度T Tc的变化。从图中可以看出，当温度达到临界温度 Tc时，系统的熵快速的增大，这表明系统发生了 QGP 相变，夸克从强子中解禁出来形成自由的夸克，同时我们也发现当系统达到 QGP 状态下时经过 LQCD 计算出来的数值要低于Stefan-Boltzmann 极限，这就表明在 QGP 中，夸克和胶子还没有达到完全自由的状态
强子化和冻出四个阶段。图1.7相对论重离子碰撞演化示意图 预平衡阶段 (Pre-Equilibrium)。相对论重离子对撞后，碰撞区域的温度急剧升高的过程中，部分子之间发生剧烈的散射，然后产生大量的解禁状态下的夸克和胶子。在经过大约 fm c 的时间后，系统达到局域热平衡，该阶段结束，开始进入下一阶段夸克胶子等离子体的演化阶段。高横动量 (transverse momentum)的粒子和大量的光子都在此阶段产生，包括直接光子，虚光子和实光子。 夸克胶子等离子体阶段 (QGP)。预平衡阶段结束后，夸克胶子等粒子体形成，系统达到局域热平衡，接下来产生的夸克胶子等离子体安装流体动力学进行演化 [14]。体系的演化具体按流体力学的方程：Tμνx uμuν x P x gμνP xμTμνx (1.3)8
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本文编号：2794882
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