相对论重离子碰撞中集体运动及关联与涨落的研究

论文摘要

相对论重离子碰撞是探索极端条件下强作用物质性质的有效手段。相对论重离子对撞机（RHIC）对撞接近光速的两束核子产生高温高密物质,模拟宇宙大爆炸早期夸克胶子等离子的形成。为了研究相对论重离子碰撞,人们发展了许多唯象模型,用于描述不同相对论重离子碰撞系统和能量下的非平衡多体动力学过程。集体流、关联和涨落效应敏感于重离子碰撞早期和系统的演化特性,可以提供夸克胶子等离子体的相关信息。本博士论文从唯象模型和实验数据分析两方面出发,研究了各向异性流、HBT关联和中心度涨落效应。关于各向异性流的研究,我们主要从各向异性流标度率、小系统中多粒子方位角关联的非流效应和STAR实验不同对撞系统的各向异性流涨落效应出发。我们利用AMPT模型、爆炸波模型和组合模型深入研究了各向异性流标度关系。研究发现,末态强子满足修正的夸克标度关系来自于强子相相互作用或流体动力学冻出机制而非夸克组合模型。另外,各向异性流标度率敏感于部分子相互作用。在实际的实验分析中,各向异性流信号的提取显著受到非流效应的影响。我们通过子事件累积量方法计算多粒子关联,可以有效地压低非流效应的贡献。通过无集体流的简单模型PYTHIA8和HIJING,我们应用标准累积量和子事件累积量计算得到小系统质子-质子和质子-铅对撞的三粒子方位角关联,并与ATLAS实验结果比较。并预测了三粒子关联反对称累积量ac2,3|5{3}的非流效应,对未来实验的测量具有极大的参考价值。各向异性流是逐事件涨落的,我们分析了STAR实验不同对撞系统金-金和铀-铀的数据,研究各向异性流涨落效应。实验发现,不同的几何初态涨落导致了金-金和铀-铀在极端中心对撞区域v2{4}的符号差异。各向异性流比率v2{4}/v2{2}和v2{6}/v2{4}显著的横向动量依赖性表明各向异性流涨落可能来自初态动量关联或末态相互作用的影响。多粒子关联归一化累积量的计算表明各向异性流的涨落为非高斯涨落。HBT关联可以有效提取相对论重离子碰撞早期源的尺寸和演化信息。RHIC-BES和FAIR-CBM能量稍低,强子化和强子相作用更重要,是当前国际研究的热点。深入理解强子演化和强子平均场势,对研究RHIC-BES能量下的相对论重离子碰撞动力学和提取相关QCD相图信息具有重要意义。我们利用AMPT模型研究强子相平均场效应对HBT关联的影响。π介子的关联研究表明与介质状态方程相关联的平均场能够影响整个系统的演化过程,并影响冻出阶段发射源的尺寸和粒子的发射时间。另外,质子、K介子和反质子的关联函数对提取丰重子核物质的平均场信息和理解重子-反重子的湮灭效应具有重要意义。源的数目和分布沿着赝快度方向在其横向平面上有涨落效应。研究不同赝快度区间的关联和涨落对理解强耦合非微扰区间的QCD部分子动力学具有重要意义。中心度涨落可能会影响所有具有中心度依赖的物理量的涨落。我们基于Glauber模型和负二项式分布研究中心度涨落机制。研究发现,中心度涨落来源于多重数拖尾效应和中心度退关联效应。中心度涨落的系统依赖性研究表明,对撞系统越小,前后向参与核子分布不对称性越高,中心度涨落越明显。此研究对理解粒子的产生机制、源的本质和涨落具有重要意义。同时对未来定量分析中心度涨落的实验研究具有指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 相对论重离子碰撞概述
•   1.1 夸克胶子等离子体
•     1.1.1 标准模型
•     1.1.2 量子色动力学
•     1.1.3 QCD相变
•   1.2 相对论重离子碰撞描述
•     1.2.1 时空演化
•     1.2.2 碰撞几何和中心度
•     1.2.3 动力学描述
•   1.3 相对论重离子碰撞唯象模型
•     1.3.1 多相输运模型
•     1.3.2 HIJING模型
•     1.3.3 PYTHIA模型
•     1.3.4 Glauber模型
•     1.3.5 爆炸波模型
•     1.3.6 组合模型
•   1.4 论文结构
• 第2章 相对论重离子碰撞实验装置
•   2.1 相对论重离子对撞机
•   2.2 STAR探测器
•     2.2.1 时间投影室
•     2.2.2 飞行时间计数器
•     2.2.3 事件平面探测器
•   2.3 STAR探测器的升级计划
•     2.3.1 BES-II能量扫描计划
•     2.3.2 前向探测器升级计划
•   2.4 本章小结
• 第3章 各向异性流
•   3.1 各向异性流简介
•   3.2 反应平面与参与平面
•   3.3 各向异性流计算方法
•     3.3.1 事件平面法
•     3.3.2 标准累积量计算
•   3.4 各向异性流标度关系
•     3.4.1 各向异性流标度关系简介
•     3.4.2 基于组合模型研究各向异性流标度
•     3.4.3 基于AMPT模型分析各向异性流标度
•     3.4.4 爆炸波模型计算各向异性流标度
•     3.4.5 结论总结
•   3.5 多粒子方位角关联
•     3.5.1 三粒子反对称累积量
•     3.5.2 小系统中的三粒子方位角关联
•     3.5.3 结论总结
•   3.6 各向异性流涨落
•     3.6.1 各向异性流涨落简介
•     3.6.2 径迹效率修正
•     3.6.3 实验数据分析
•     3.6.4 结论总结
•   3.7 本章小结
• 第4章 Hanbury-Brown-Twiss关联
•   4.1 HBT关联简介
•     4.1.1 Lednicky-Lyuboshitz分析模型
•     4.1.2 Correlation After Burner模型
•   4.2 AMPT-ART的修正和强子相平均场势
•   4.3 π介子的动量关联
•   4.4 质子、K介子和反质子的动量关联
•   4.5 本章小结
• 第5章 中心度涨落
•   5.1 中心度涨落简介
•   5.2 独立源模型和累积量
•   5.3 中心度涨落与多重数拖尾效应
•   5.4 中心度涨落与中心度退关联效应
•   5.5 中心度涨落的系统依赖性
•   5.6 中心度涨落的实验数据分析展望
•   5.7 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 附录A 组合模型推导强子各向异性流
•   A.1 介子的各向异性流
•   A.2 重子的各向异性流
• 附录B 多粒子关联的累积量计算
•   B.1 Q-累积量计算
•     B.1.1 标准Q-累积量计算
•     B.1.2 子事件Q-累积量计算
• n{2k}'>    B.1.3 归一化累积量nc_n{2k}
• n{2k}'>  B.2 多粒子关联与各向异性流v_n{2k}
• n,m{4}和nsc_n,m{4}'>  B.3 对称累积量sc_n,m{4}和nsc_n,m{4}
•     B.3.1 标准对称累积量
•     B.3.2 三子事件对称累积量
• n,n+m{3}和nac_n,n+m{3}'>  B.4 非对称累积量ac_n,n+m{3}和nac_n,n+m{3}
•     B.4.1 标准非对称累积量
•     B.4.2 三子事件非对称累积量
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文与学术报告清单
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张春健

导师: 徐骏,贾江涌

关键词: 相对论重离子碰撞,各向异性流,多粒子关联,流涨落,关联,强子相平均场,中心度涨落

来源: 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,核科学技术

单位: 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)

分类号: O571.6

DOI: 10.27585/d.cnki.gkshs.2019.000012

总页数: 148

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