高能重离子碰撞中颗粒发射源的强度干涉学分析

论文摘要

高能重离子碰撞实验的目的是在实验室中产生极高温度、极高密度和极高压力的核物质并对其性质进行系统研究。通过高能重离子碰撞物理学,人们期望在极端条件下的核物质中发现新的物质相-夸克胶子等离子体（QGP）。根据量子色动力学（QCD）理论,当碰撞中出现QGP时,可能会出现由QGP到强子的一级相变,而发生一级相变的重要标志是粒子发射源中存在QGP颗粒结构。进一步的研究表明,颗粒性结构不仅局限于一级相变,在高能重离子碰撞的早期系统演化过程中,大的初始能量密度涨落,表面张力以及纵向膨胀可能导致系统的碎裂,从而形成QGP颗粒源。π干涉学（Hanbury-Brown-Twiss干涉学）是研究高能重离子碰撞中粒子发射源时空结构和动力学的重要工具,利用不同的方法对颗粒发射源的π干涉学作深入分析对于人们利用干涉学方法检测发射源的颗粒性结构具有非常重要的意义,这也是本论文的研究目的及意义。以往对颗粒源的研究都假设发射源为混沌的,不能解释实验上测量到的发射源为部分相干（部分混沌）的结果。因此对颗粒源混沌性的研究是必要的。本文基于完全混沌的颗粒源模型,在假设由同一颗粒发射的π介子为相干发射的条件下,给出了颗粒相干源模型的2π及3π关联函数。颗粒相干源的2π关联函数与部分相干高斯源具有相似的形式,很难由关联函数区分两种发射源。进一步对颗粒相干源及部分相干高斯源的归一化纯3π关联进行比较,发现当两种源2π关联的混沌性参量小于0.8时,两种发射源的归一化纯3π关联在小动量差区域有明显差别,这为利用π干涉学手段分析部分相干源的颗粒性提供了可能的方法。根据Brown和Danielewicz提出的“映像法”（imaging technique）,人们可以不依赖于源模型由2π关联函数直接得到坐标空间的两粒子源函数,所以期望能够利用映像法来检测发射源的颗粒性结构。因此,对颗粒源模型进行映像法分析是本论文的中心内容。首先,从理论上分析了静态颗粒源的两粒子源函数,发现其源函数具有“双层”结构。然后,对流体演化颗粒源作映像计算发现源函数的这种双层结构特征更加明显。最后,根据颗粒源及高斯源的源函数对AGS（2, 4, 6, 8 A GeV）和RHIC（√sNN = 200 GeV）能量下Au+Au碰撞的实验结果作了分析和比较,结果表明,AGS能量下的π介子发射源没有明显的颗粒结构,而RHIC实验中的40% < centrality < 90%和0.20 GeV/c< kT < 0.36 GeV/c的数据能用颗粒源的源函数很好地描述,说明碰撞中可能出现了少量的颗粒。与简单的高斯源函数相比,颗粒源函数能用来描述更复杂发射源的源函数。提出了根据两粒子源函数计算相对距离特征量的方法来描述π介子发射源时空结构。由于基于映像计算,这种方法是不依赖于源模型的。通过计算相对距离的各阶矩,能够得到有关源时空结构的更多信息。根据对高斯源的讨论,进一步引入相对距离半径代替传统的HBT半径来表征π介子发射区域的空间尺寸。对颗粒源及包含长寿命共振态衰变的Core-Halo模型计算并与高斯拟合结果作比较,结果表明,与传统的HBT结果相比,相对距离的特征量能在较大的空间范围内根据两粒子相对距离的发射几率计算π介子发射区域的空间大小及源的混沌程度等,从而能够反映流体演化或长寿命共振态衰变对源尺寸及混沌程度的贡献。这为人们利用π干涉学正确理解发射源的时空结构及动力学提供了新的研究方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高能重离子碰撞
• 1.2 强度干涉学的提出与发展
• 1.3 RHIC 的HBT 之谜
• 1.4 颗粒发射源模型
• 1.5 研究目的及主要工作
• 第2章 全同π关联函数的计算
• 2.1 两粒子的量子统计关联
• 2.2 量子路径积分方法的2π关联
• 2.2.1 混沌源的2π关联
• 2.2.2 部分相干源的2π关联
• 2.3 多π关联函数及蒙特卡罗计算
• 2.4 高能重离子碰撞中的流体动力学
• 2.5 本章小结
• 第3章 颗粒发射源的2π和3π关联分析
• 3.1 混沌颗粒源的2π和3π关联
• 3.2 颗粒相干源的2π和3π关联
• 3.3 颗粒相干源的归一化纯3π关联分析
• 3.3.1 归一化纯3π关联
• 3.3.2 颗粒相干源的归一化纯3π关联
• 3.4 本章小结
• 第4章 颗粒源的映像法分析
• 4.1 映像计算法
• 4.2 颗粒发射源的一维映像法分析
• 4.2.1 静态颗粒源的映像法分析
• 4.2.2 流体演化颗粒源的映像法分析
• 4.3 对AGS 及RHIC 实验数据分析
• 4.4 颗粒源的三维映像法讨论
• 4.5 本章小结
• 第5章 利用模型无关方法获取发射源结构信息
• 5.1 2π关联函数的高斯拟合
• 5.2 两粒子相对距离特征量的计算
• 5.3 对非高斯发射源的应用
• 5.3.1 静态颗粒源和Core-Halo 模型
• 5.3.2 流体演化的颗粒源和Core-Halo 模型
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历