结合高能多重产生过程研究强子产生机制和喷注与介质相互作用机制

发布时间：2019-07-30 11:36

【摘要】：强子的内部结构及相关问题一直是粒子物理理论和实验研究的热点领域,需要深入探索。近年来实验上发现了许多新的奇特强子态,例如,XYZ粒子。这些新强子态的结构与其产生机制密切相关。结合不同高能反应过程,研究这类强子(包括奇特强子态)的产生机制,从而深入理解其结构,也是深入研究QCD的自然途径。相对论重离子碰撞加强了人们对新物质形态、强子化机制和喷注与介质相互作用机制等方面的认识,为强相互作用开辟了新的领域。特别是,在LHC能区相对论重离子碰撞实验中测量的单举喷注压低现象、双喷注不对称性和孤立光子-喷注关联等实验结果,为深入研究QGP的性质提供了机遇和挑战。喷注与介质相互作用机制的研究是探索QGP性质的有效途径,其理论研究可以通过两方面来进行,一方面是通过直接研究受介质影响后喷注的特性,另一方面还可以通过研究喷注对介质的“反作用”,即对介质造成的影响。高能反应中强子产生机制和强子结构,以及高能重离子碰撞中喷注与介质相互作用机制的研究都离不开高能多重产生过程。本文结合高能多重产生过程对上述两方面的问题开展了深入研究,具体工作如下：·在高能e+e-湮灭过程中研究了双重重子和四夸克态强子的产生机制。首先,根据SU(3)群分析了四体重夸克系统cccc存在的特殊的色联接方式,其中只有一种可以导致双重重子和四夸克态强子产生。然后,针对典型的3-喷注事例形状进行分析,计算了双重重子Εcc和四夸克态强子Tcc的产生率。最后,利用Lund弦碎裂模型和夸克组合模型研究了这种特殊色联接方式的强子化,通过比较这两种模型的结果发现,这种特殊色联接方式在强子化过程产生的特征性的弦效应与强子化模型无关。·在高能强子-强子碰撞中研究了强子束缚态的产生机制。首先,讨论了与强子束缚态产生和衰变有关的非相对论波函数框架。然后,研究了近年来在各种实验中观测到的某些强子束缚态的高能产生过程,并提出了计算强子束缚态产生截面的一系列关键信息。由于非相对论波函数框架需要用到束缚态中组分强子产生振幅的模方,这个量是不能用量子场论直接计算的,因此,我们利用事例产生器通过给出的两粒子关联外推,计算了强子束缚态的产生截面。最后,给出高能pp碰撞中强子束缚态的快度分布和横动量分布。这些产额和动力学分布特征对在高能多重产生中研究强子束缚态和奇特强子态产生具有重要的参考价值。上述两个工作也是目前在衰变过程中研究特殊强子及强子束缚态的有益补充,可相互参照。·在高能强子-强子碰撞中研究了前向π0粒子的产生机制。高能pp碰撞中前向π0粒子产生率的测量和分析有助于人们了解极高能宇宙线现象,这些现象对极端能量下大快度π0粒子的产生细节非常灵敏。宇宙线实验的发展对现有的强相互作用模型提出了很多挑战。我们利用夸克组合模型计算了质心能量(?)=7TeV的pp碰撞中前向π0粒子在快度y8.9不同快度区间的横动量谱,计算结果与LHCf的实验数据符合的很好,并抽取了前向快度区域夸克的分布信息。这项工作表明,夸克组合机制在此快度范围也能很好地描述强子产生,为宇宙线观测提供了有用的参考。·在高能重离子碰撞中研究了喷注与介质的相互作用机制。首先,我们利用事例产生器PYTHIA描述高能重离子碰撞中初始喷注的产生,根据喷注的核修正因子选取了一种简单合理的能量损失模型,并将喷注损失能量转化为新生夸克,利用夸克组合模型描述了介质的独立强子化和新生夸克与介质的混合强子化,构建了一个喷注“嵌入式”夸克组合模型事例产生器。然后,利用此模型计算了(?)=2.76 TeV的Pb+Pb中心碰撞的中心快度区带电粒子和中性奇异强子相对喷注轴的平均多重数和平均横动量等一些可观测量。结果发现,喷注与介质相互作用时,喷注受到介质的影响而损失能量,同时介质也受到喷注的影响使得这些末态粒子相对喷注轴的可观测量的性质发生改变。最后,利用该模型还研究了质心能量(?)=2.76 TeV的Pb+Pb中心碰撞介质强子化后中相对喷注轴的带电粒子碎裂函数,计算了相对喷注轴的带电粒子的横动量分数和纵动量分数。这些工作为进一步深入研究喷注与介质相互作用提供了一个可操作的平台。
【图文】：

在极端高温高密条件下存在解禁闭的夸克胶子等离子体（Ｑｕａｒｋ邋Ｇ山ｏｎ逡逑Ｈａｓｍａ，ＱＧＰ）邋［２７，邋２８］。有限温度下格点规范理论给出，强相互作用物质存在逡逑强子相和ＱＧＰ两种不同的物质状态。ＱＣＤ的相图如图１．２所示，在低温低密区域逡逑是强子相，夸克和胶子都处于色禁闲和手征破缺状态，在高温区域夸克胶子解逡逑禁闭并且手征破坏恢复处于ＱＧＰ态，此外，在低温高密区域还可存在色超导逡逑态等。ＱＧＰ可能存在于温度不太高但重子数密度很大的中子星内部。宇宙大爆逡逑炸理论认为，ＱＧＰ是在宇宙大爆炸之后很短时间内存在的物质状态。因此，研逡逑究ＱＧＰ的性质可１＾帮助人类更好地理解当前特殊天体的重要性质和宇宙的演化。逡逑ｉｎｉｔｉａｌ邋ｓｌａｇｅ逦ＱＧＰ邋ａｎｄ邋ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ逦逦邋，逡逑ＪＩＴＩＷ逡逑ｈａｄｒｏｎｉ之ａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｆｒｅｅ之ｅ－ｏｕｔ逡逑图１．３高能重离子碰撞的物理过程。逡逑相对论重离子碰撞将动能转变为＂热能＂，创造出高温高密的条件，从而逡逑有可能使强子中的夸克和胶子解禁闭形成ＱＧＰ，这是目前在地球上通过实验研逡逑－４－逡逑

结合高能多重产生过程研究强子产生机制和喷注与介质相互作用机制

ｂａｒｙｏｎ邋ｃｔｅｎｓｒｔｙ邋ｎ／邋ｎ＊逡逑ｎ。＊？．化邋ｔｍ—３逡逑图１．２邋ＱＣＤ相图，横坐标是重子数密度，纵坐标是温度。逡逑在极端高温高密条件下存在解禁闭的夸克胶子等离子体（Ｑｕａｒｋ邋Ｇ山ｏｎ逡逑Ｈａｓｍａ，ＱＧＰ）邋［２７，邋２８］。有限温度下格点规范理论给出，，强相互作用物质存在逡逑强子相和ＱＧＰ两种不同的物质状态。ＱＣＤ的相图如图１．２所示，在低温低密区域逡逑是强子相，夸克和胶子都处于色禁闲和手征破缺状态，在高温区域夸克胶子解逡逑禁闭并且手征破坏恢复处于ＱＧＰ态，此外，在低温高密区域还可存在色超导逡逑态等。ＱＧＰ可能存在于温度不太高但重子数密度很大的中子星内部。宇宙大爆逡逑炸理论认为，ＱＧＰ是在宇宙大爆炸之后很短时间内存在的物质状态。因此，研逡逑究ＱＧＰ的性质可１＾帮助人类更好地理解当前特殊天体的重要性质和宇宙的演化。逡逑ｉｎｉｔｉａｌ邋ｓｌａｇｅ逦ＱＧＰ邋ａｎｄ邋ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ逦逦邋，逡逑ＪＩＴＩＷ逡逑ｈａｄｒｏｎｉ之ａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｆｒｅｅ之ｅ－ｏｕｔ逡逑图１．３高能重离子碰撞的物理过程。逡逑相对论重离子碰撞将动能转变为＂热能＂，创造出高温高密的条件，从而逡逑有可能使强子中的夸克和胶子解禁闭形成ＱＧＰ
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O572.2

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