相对论重离子碰撞中手征电磁场及其效应的研究

发布时间：2017-08-19 04:29

  本文关键词：相对论重离子碰撞中手征电磁场及其效应的研究

  更多相关文章： Wood-Saxon核分布 手征磁效应 背景磁场 背景电场 热夸克分布 手征化学势 电荷分离效应 手征电流 手征磁传导性

【摘要】：当两个相对论重离子以接近光速非零碰撞参量碰撞时,沿着角动量方向会产生巨大的电磁场。如果在此时出现不为零的手征性,沿着磁场方向会产生电磁流,这种现象称为手征磁现象。手征磁效应预测了相对论重离子碰撞非中心碰撞由于非零的手征性的出现,而引起带电粒子沿角动量方向优先发射。手征磁效应是实现退禁闭相变和手征相变的必要条件。相对论重离子碰撞会导致过量的正电荷在反应平面的一侧,过量的负电荷在反应平面的另一侧。由此产生的电荷的不对称性以前被认为是形成了径向流或介质的输运特性。我们利用Wood-Saxon核分布计算了非中心核-核碰撞背景电磁场的大小。通过计算发现在RHIC和LHC能区的非中心核-核碰撞确实产生了巨大的电磁场,电磁场的分量eBy(eBx)和eEy(eEx)的分布是高度不均匀的。背景电磁场仅仅存在于刚刚发生碰撞的时刻,随时间会很快衰减为零,其中LHC能区的磁场比RHIC能区的磁场大(在τ8.0x10-3 fm/c时)。但是,LHC能区的磁场比RHIC能区的磁场随时间下降的速度要快得多,因此,当τ～8.0x 10-3 fm/c时,LHC能区的磁场比RHIC能区的磁场小。我们还讨论了在RHIC和LHC能区的不同碰撞能量和不同固有时的eBy/(eB)比值随x和y的变化关系。在大多数情况下eBy/(eB)的值趋近于1,因此用eBy代替(eB)是一个不错的近似,但要注意到x=0,eBy/(eB)值在0.5～1.0。本文还系统研究了相对论重离子碰撞在RHIC和LHC能区的电磁场的空间分布特征,对应的背景电磁场在LHC能区的(?)sNN=900,2760和7000 GeV以及在RHIC能区的(?)sNN=62.4,130和200 GeV的空间分布特征都进行了系统分析。我们还分析研究了电场随固有时变化规律,在我们的计算中,发现最大电场存在于较小的固有时τ～0.0001 fm/c,大的碰撞能量(?)SNN～7000 GeV,最大值的大小为eB=2×107MeV2。与磁场相比,在RHIC能区电场空间分布呈起伏特征。有许多凸起的小峰,当随着碰撞能量升高,分布变得越来越平坦,我们发现：在LHC能区,凸起小峰几乎消失。我们还分别给出了RHIC和LHC能区碰撞中心区域产生热夸克形成的电磁场随时间τ的变化关系。在τ较小时,较中心碰撞b=4m热夸克产生的电磁场比较强,RHIC能区最大能达到4×104MeV2,LHC能区产生的最大电场能达到2.0×105MeV2,而对于周边碰撞,产生粒子对电磁场的贡献就变得很小。一个非零的手征性系统通过诱导沿磁场方向的电流方式对磁场响应,这是手征磁效应。利用重离子碰撞研究手征磁效应。如果高能物理实验能观测手征磁效应,这将会是非平凡拓扑结构的胶子位形存在的直接证据。此外,它将是在逐一碰撞分析事件基础上,观察QCD P和CP破坏的信号。手征磁效应的深入理论研究将为实验提供对一些观测量的更准确的预测。第一章引言部分主要介绍了一些基本概念和定义：手征磁效应,瞬子和θ真空,轴矢反常,朗道能级和外场中的QCD理论：第二章分别介绍了相对论重离子碰撞的时空演化,背景电磁场分布和相对论重离子碰撞的电荷分离一些特征;第三章主要介绍了：Wood-Saxon核子分布的磁场计算方法,中心点磁场分布,RHIC和LHC磁场的空间分布,纵向集体流模型及热夸克对磁场的贡献,和考虑QGP响应后磁场分布特征等。第四章主要内容有：Wood-Saxon核子分布的电场的计算方法和热夸克对电场的贡献。第五章主要内容有：手征化学势,手征电流,手征电荷的电流,和手征磁传导性。第六章主要分析了STAR和ALICE的实验结果。第七章为本文的总结和展望。综上所述,本研究的分析和讨论,将有助于我们在RHIC和LHC能区,进一步开展手征磁效应和手征磁波等特性的研究。
【关键词】：Wood-Saxon核分布 手征磁效应 背景磁场 背景电场 热夸克分布 手征化学势 电荷分离效应 手征电流 手征磁传导性
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O571.6;O412.1
【目录】：

• 中文摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1. 引言12-21
• 1.1 手征磁效应12-13
• 1.2 瞬子和θ真空13-15
• 1.2.1 绕数(第二陈数)13-14
• 1.2.2 瞬子14-15
• 1.2.3 θ真空15
• 1.3 轴矢反常15-16
• 1.4 朗道能级16-17
• 1.5 外场中的QCD理论17-19
• 1.5.1 在磁场中的QCD相图17-18
• 1.5.2 磁场中的瞬子18-19
• 1.6 论文的结构19-21
• 2. 相对论重离子碰撞21-32
• 2.1 相对论重离子碰撞的电磁场23-27
• 2.2 相对论重离子碰撞的电荷分离27-32
• 3. 相对论重离子碰撞RHIC和LHC能区的磁场32-58
• 3.1 WOOD-SAXON核子分布的磁场计算方法32-34
• 3.2 中心点磁场分布34-42
• 3.3 RHIC和LHC磁场的空间分布42-48
• 3.3.1 磁场的空间分布43-48
• 3.4 纵向集体流模型及热夸克对磁场的贡献48-54
• 3.5 考虑QGP响应后磁场分布特征54-57
• 3.6 小结57-58
• 4. RHIC和LHC能区相对论重离子碰撞手征电场的研究58-73
• 4.1 WOOD-SAXON核子分布的电场的计算方法58-60
• 4.2 电场的空间分布60-67
• 4.3 热夸克对电场的贡献67-72
• 4.4 小结72-73
• 5. 相对论重离子碰撞手征磁效应73-98
• 5.1 手征化学势74-76
• 5.2 手征电流76-82
• 5.2.1 轴反常和能量平衡77-78
• 5.2.2 狄拉克方程78-79
• 5.2.3 热力学势79-81
• 5.2.4 有效作用的导数扩展81-82
• 5.3 手征电荷的电流82-87
• 5.3.1 弱磁场限82-85
• 5.3.2 均匀强磁场85-87
• 5.4 手征磁传导性87-96
• 5.4.1 手征磁传导的KUBO(久保)公式88-90
• 5.4.2 费米子传播90-91
• 5.4.3 推迟关联因子的计算91-92
• 5.4.4 手征磁导率的计算92-96
• 5.5 小结96-98
• 6. 手征磁效应的实验分析98-109
• 6.1 STAR实验结果98-102
• 6.2 ALICE实验结果102-107
• 6.3 小结107-109
• 7. 总结和展望109-111
• 参考文献111-119
• 在校期间发表的论文119-120
• 致谢120

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本文编号：698702