高能碰撞中末态产物的横动量分布与反应系统的动力学冻结温度

发布时间：2017-12-11 10:12

  本文关键词：高能碰撞中末态产物的横动量分布与反应系统的动力学冻结温度

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【摘要】：相对论性重离子对撞机(RHIC)和大型强子对撞机(LHC)能区的重离子碰撞系统演化,形成了极端高温高密环境,从而形成了夸克-胶子等离子体(QGP)或夸克物质,并产生了大量的末态产物(粒子和喷注)。通过研究各类末态产物的横动量谱可以探究粒子和喷注的产生机制、QGP新物质及反应系统的演化性质,特别是在动力学冻结时刻的性质。研究反应系统的温度问题可以认识RHIC和LHC能区对撞系统的横向激发程度,以及软激发过程和硬散射过程的贡献份额,并能为进一步认识超高能区反应系统的激发程度提供依据。本文在多源热模型框架内,通过不同类型的统计分布研究了RHIC和LHC能区不同碰撞系统中各类末态产物的横动量分布,提取了反应系统的有效温度和动力学冻结温度,分析了碰撞系统在动力学冻结时刻的横向激发程度问题,并得到了系统的空间结构图样。采用建立在平衡态或局域平衡态假设下的的多组分标准分布、多组分Erlang(厄兰)分布、Tsallis(萨利斯)分布、萨利斯形式的标准(简称萨利斯-标准)分布描述了RHIC和LHC能区质子-反质子(p-p),质子-质子(p-p)和核-核[氘-金(d-Au),铜-铜(Cu-Cu)、金-金(Au-Au)、铅-铅(Pb-Pb)、质子-铅(p-Pb)]碰撞中产生的各种末态轻粒子和强子喷注的横动量谱。从三种分布中直接提取了三种有效温度,利用平均横动量提取了Rayleigh(瑞利)修正的有效温度和新定义的有效温度。分析了有效温度对粒子种类、质心能量、碰撞中心度和核尺寸的依赖关系,探讨了粒子的产生机制、反应系统的激发度、软激发和硬散射过程的贡献份额以及QGP对碰撞系统的影响。研究表明,从轻粒子横动量谱提取的有效温度低于从喷注横动量谱提取的有效温度。虽然系统的有效温度对模型有强烈的依赖性,不同模型提取的有效温度大小不同,但是不同的有效温度对碰撞系统的依赖规律是一致的。一般地,有效温度随粒子质量、碰撞中心度、质心能量及系统尺寸的增大而增大。核-核碰撞中产生的QGP的阻止效应会使有效温度随质心能量、碰撞中心度和系统尺寸的变化速度变慢,甚至变化量出现零。对喷注的研究表明,在相对较复杂的反应系统中,存在喷注淬火效应,这种效应是高能量夸克胶子喷注在穿过热密物质过程中造成的快速能损现象,而且碰撞中心度越高,这种效应越明显。系统的软激发(硬散射)过程的贡献份额是用两组分分布中第一组分(第二组分)的相对权重k_1(k_2)表示的。分析表明,在粒子横动量谱中,低横动量区对应软过程的贡献,高横动量区对应硬过程的贡献。低横动量区的喷注是由数个海夸克和胶子经过强相互作用形成或者是高能部分子喷注经过QGP介质遭受较大能损而形成,高横动量区的喷注则是由碰撞初期两个价夸克之间更强烈的迎头碰撞造成的。低横动量区的末态轻粒子主要来自QGP(或通常的强子物质),而高横动量区的轻粒子则来自喷注,由夸克和胶子之间强烈的迎头碰撞造成。研究表明,碰撞系统的激发程度主要由软激发过程决定,即软激发过程的贡献份额大于硬散射过程的。软激发过程的贡献份额均在50%以上,甚至高达99%。同样,软激发份额与粒子种类、质心能量、碰撞中心度和核尺寸有关。质心能量越高,硬散射产额越大。碰撞中心度越高,硬散射产额越大。核-核碰撞中,系统越复杂,硬散射越剧烈。但由于QGP的阻止,使碰撞系统的软激发比重增大,硬散射产额降低。且重粒子的硬散射产额降低较大,中心碰撞区硬散射产额降低较大,系统越复杂,硬散射产额下降越严重。研究表明,从粒子横动量谱中提取的有效温度既包含了热运动,又受到了流效应的影响。采用多组分厄兰分布和萨利斯统计分析了质心能量0.2-7 TeV下核-核及质子-质子碰撞产生的末态轻粒子的横动量谱,从平均横动量、平均动量和有效温度与粒子静止(和运动)质量关系中,经对比分析,找到了一种提取反映热运动的动力学冻结温度(发射源真实温度)和平均横向流的新方法。在萨利斯、萨利斯形式的标准分布和多组分标准分布下提取了三种动力学冻结温度和平均横向流,并探讨了冻结温度和横向流对模型和碰撞能量、系统尺寸的依赖关系。研究表明,提取动力学冻结温度对模型有较大的依赖性。虽然从标准分布提取的平均动力学冻结温度明显高于从萨利斯分布提取的平均动力学冻结温度,但是三种冻结温度对碰撞系统的依赖规律是一致的。平均动力学冻结温度随中心度的增大而略微增大,或者说在误差范围内没有明显的变化,同时基本不依赖于质心能量和碰撞系统尺寸。粒子的平均横向流速不依赖于模型。从0.2-7 TeV的P-P、Cu-Cu、Au-Au、Pb-Pb、p-Pb碰撞中提取的平均横向流大部分在(0.35-0.53c)范围内,平均值约为0.431c。平均横向流速随质心能量、碰撞中心度和系统尺寸的增大有轻微的增大趋势。另外,从用多源热模型分析非单衍射(NSD)p-Pb在5.02 TeV能量下碰撞产生的带电粒子的横动量和赝快度分布中,提取了其他相关的分布和动力学冻结时刻反应系统在快度、动量、速度(坐标)空间的结构图样。射弹p-柱和靶核Pb-柱的贡献比值因此获得。研究表明,两个柱在小y_T(在横向定义的快度)和|y_(1,2)|(在x、y方向定义的快度)区域的贡献明显不同,但是在中间取值的y_T和|y_(1,2)|区域的贡献基本相同。粒子数密度在小|y_(1,2)|(动量分量|p_(x,y,z)|)和y_T(横动量pr)区域内,比在大|y_(1,2)|(|p_(x,y,z)|)和y_T(p_T)区域内的取值要大。由于动力学限制,在快度(动量)空间还存在一些粒子数密度为零的区域。在速度(坐标)空间粒子数密度在小|β_(x,y)|(速度分量)和屏(横速度)区域及大|β_z|区域内,比在大|β_(x,y)|和β_T区域及小|β_z|区域内的取值要大。在坐标空间,粒子的最大速度散射点构成一个不规则的球面,该球面在接近两个束流方向的区域内粒子数密度较大。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O572

【参考文献】

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本文编号：1278055