高能碰撞中从横动量谱提取的温度及其对中心度的依赖性

发布时间：2020-11-19 15:48

　　 在粒子物理与原子核物理中,最重要的研究方面之一是高能粒子-粒子、粒子-核和核-核碰撞(AA)过程。早在1970年代,李政道等人就预言,在相对论性重离子(或AA)碰撞中存在一种新的、非常热密的物质态,称为夸克-胶子等离子体(QGP)。相对论性重离子对撞机(RHIC)和大型强子对撞机(LHC)的成功运行,为人们研究QGP和末态产物的性质提供了机会。进而,RHIC上的STAR合作组实施了束流能量扫描(BES)计划,旨在寻找预期可能存在的临界能量。在临界能量,预期会在高能AA碰撞中发生从强子物质到QGP的相变,而其中粒子的横动量(pT)谱是一个可测量的重要的量。对粒子pT谱的研究,至少能为提取反应系统的有效温度(reff)、初态温度(Ti)、动力学冻结温度(T0)、动力学冻结体积(V)及末态粒子的横向流速(βT)提供一些有用的信息。通过详细研究反应系统的温度和末态粒子的横向流速,可以理解反应系统的横向激发和动力学膨胀的特征。而温度主要与软激发过程有关,它有助于人们更好地理解高能区反应系统的激发程度。在高能碰撞中,人们引入和使用了各种版本的流体力学模型和热与统计模型。其中,流体力学模型主要描述系统演化,较多关注大量粒子产生的动力学行为;而热与统计模型主要描述产生粒子的性质,较多关注末态粒子的集体或整体统计行为。这些模型都部分地描述了碰撞过程及其产物,可以互为补充。这篇学位论文研究了产生于RHIC和LHC能区不同碰撞系统中的不同末态粒子的pT谱,应用基于Boltzmann-Gibbs统计的冲击波模型、Hagedorn热模型和标准分布,从粒子的pT谱中提取出了Teff、Ti、To、V和ββT。本文主要包含三方面内容,且都是关于粒子谱分析和参数提取的。首先,用基于Boltzmann-Gibbs统计的冲击波模型,对RHIC能区((?)=200 GeV)金-金(Au-Au)、氘-金(d-Au)和质子-质子(pp)碰撞中,及LHC能区((?)=2.76TeV和(?)=5.02 TeV)铅-铅(Pb-Pb)、质子-铅(p-Pb,和pp碰撞中,产生于中快度区的不同种类粒子的PT谱进行了一致的和近似的描述,得到了T0和ββT对中心度和静止质量的依赖关系。结果表明,在中心碰撞中,:T0和βT比在边缘碰撞中的大;T0是质量依赖的,揭示出了多动力学冻结图像。从200 GeV Au-Au及2.76 TeV Pb-Pb不同中心度碰撞中产生的带电粒子(π-、K-和反质子)的PT谱中,提取出了T0、βT、平均pT(PT)和Ti(Ti=(?)(?)),结果表明,它们随着中心度的增大而增大。还分析了 BES能区产生的π+、K+和p的pT谱,观测到了 T0、βT、PT和Ti随着能量和中心度的增大而增大的趋势。其次,用多组分的Hagedorn热模型和标准分布分析了 Au-Au、d-Au、Pb-Pb和p-Pb碰撞中产生的带电粒子(π+、K+和和p或π++π-、K++K-和p+反质子)的pT谱。结果表明,从pT谱中提取出的Teff,在中心碰撞中的值大于在边缘碰撞中的值。当把reff和静止质量线性关系中的截距看成T0时,得到的Ti大于Teff,Teff大于T0。并且,对几种温度而言,在中心碰撞中的值比得过(不小于)在边缘碰撞中的值,在LHC能区的值比得过(不小于)在RHIC能区的值。第三,用多组分的标准分布分析了 62.4 GeV的中心和边缘Au-Au碰撞与pp碰撞中,以及5.02 TeV的中心和边缘Pb-Pb碰撞与pp碰撞中,产生的π-、K-和反质子的PT谱。从pT谱中提取出了 Teff和V,结果表现出了质量依赖的行为,重粒子冻结得更早。不同粒子发射时相应的发射源体积不同,揭示出了质量依赖的微分动力学冻结图像(多动力学冻结图像)。同时,相同每核子能量下的边缘AA碰撞和pp碰撞的热力学参数近似相等。在不同中心度的200 GeV Au-Au碰撞和2.76 TeV Pb-Pb碰撞中,在从π-、K-和反质子的pT谱中提取出Teff和V后,把Teff和静止质量的线性关系中的截距看成T0,把pT和平均运动质量线性关系中的斜率看成βT,得到的这些量随中心度的增大而增大,原因是PT随中心度的增大而增大,这表明在中心碰撞中发生了更大的动量(能量)转移和更多的多次散射过程。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2020
【中图分类】：O572.2
【文章目录】：
ABSTRACT
中文摘要
Chapter 1 Introdction
Chapter 2 Literature review and thermodynamic and statistical model
    2.1 Space-time evolution in relativistic heavy ion collisions
    2.2 Collision geometry and centrality
    2.3 Hydrodynamic evolution
        2.3.1 Hydrodynamic capability
        2.3.2 Radial expansion
        2.3.3 Transverse radial flow
        2.3.4 Transverse anisotropic flow
        2.3.5 Elliptical flow
        2.3.6 Freeze out
        2.3.7 Kinetic freeze out temperature
        2.3.8 Transverse momentum
    2.4 Blast-wave model with Boltzmann–Gibbs statistics
    2.5 Hagedorn thermal model
    2.6 Standard distribution
Chapter 3 Extraction of kinetic freeze out temperature and transverse flow velocity
    3.1 Extraction of kinetic freeze out temperature and transverse flow velocity
        3.1.1 Model and methods
        3.1.2 Transverse momentum spectra and discussion
        3.1.3 Multiple freeze out scenario
        3.1.4 Summary
    3.2 Extraction of various temperatures and transverse flow velocity
        3.2.1 Model and methods
        3.2.2 Comparison with experimental data and discussion
        3.2.3 Dependence of parameters on event centerality
        3.2.4 Further discussion
        3.2.5 Summary
    3.3 Extraction of different parameters at BES energies
        3.3.1 Model and methods
        3.3.2 Comparison with experimental data
        3.3.3 Parameters analysis
    3.4 Summary
Chapter 4 Extraction of various temperatures
    4.1 Extraction of various temperatures by direct and indirect method
    4.2 Model and methods
    4.3 Transverse momentum spectra and discussion
    4.4 Analysis of the extracted parameters
    4.5 Summary
Chapter 5 Temperatures and kinetic Freeze out volume
    5.1 Extraction of various parameters in different collisions
        5.1.1 Extraction of effective temperature and kinetic freeze out volume
        5.1.2 Model and methods
        5.1.3 Analysis of experimental data
        5.1.4 Analyzed parameters
        5.1.5 Summary
    5.2 Extraction of various parameters in nucleus-nucleus collisions
        5.2.1 Model and methods
        5.2.2 Analysis of experimental data
        5.2.3 Parameter analysis
        5.2.4 Summary
Chapter 6 Summary and outlook
Bibliography
Research achievements during degree study
Acknowledgements
Personal Profile

【参考文献】

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本文编号：2890186