e～+e～-湮没与PP（？）碰撞过程的奇异抑制

论文摘要

实验上发现相对论重离子碰撞的RHIC实验得到的带电粒子多重数、带电粒子赝快度分布以及带电粒子平台分布的高度，与e+e-湮没实验具有相同的行为。这些实验事实似乎表明两种完全不同的反应，导致多粒子产生的强子化机制具有某些共同之处。相对论重离子碰撞实验的目的是探索极高温度与能量密度下核物质通过相变解禁闭形成夸克胶子等离子体（QGP）存在的信号。实验上发现的一些引起人们的普遍关注的“反常”现象，部分子的标准碎裂模型没有给出自洽的解释，而原来用作解释核核反应的组合模型则能够给出解释。相对论重离子碰撞中“奇异抑制增大”可作为夸克胶子等离子体（QGP）存在的证据，因而对奇异抑制现象的理论分析与实验测量得到人们极大关注，并开展了大量系统的研究工作，对奇异抑制这一复杂问题的研究只能依靠模型，如结构夸克模型、化学势模型等，而这些研究大都采用对e+e-，PP（（?）），AA三种不同反应相互对照的方法，首先探索与相对论重离子碰撞过程有很多相似特征的PP（（?））碰撞过程奇异抑制是否增大。因此发展与完善在e+e-、PP（（?））湮没过程取得成功的强子化模型，探索能否推广到相对论重离子碰撞、解释重离子碰撞实验是十分必要的。“夸克组合”模型（QCM）是针对e+e-湮没发展与逐步完善起来的，其强子化的基本图像是夸克随机组合成强子的过程。对于强子化前由大量夸克反夸克（包括碰撞强子携带的净味初始夸克）组成的色单态系统相空间密度非常大，夸克与反夸克（夸克）之间不断的交换颜色发生相互作用，如果它们之间相对速度足够小（称为快度上近关联），即相互作用时间足够长，总能够形成色单态形成强子。经过发展完善的夸克组合模型不仅能够处理新生夸克系统的强子化过程，也能够处理含有入射强子携带净夸克系统的强子化。该模型直接从夸克层次出发，不需要任何额外假定，利用夸克结构质量表示夸克的产生几率，得到的直生介子、重子产生几率是与反应过程无关的，仅与强子质量有关的关系。对于含有初始夸克系统的强子化过程，不仅夸克产生几率与初始夸克味道和反应能量有关，各种强子产生几率也与初始夸克味道以及反应能量有关。按照这个图像，我们成功解释了e+e-湮没过程不同味道jet事例领头粒子多重数的差别，通过比较不同初始夸克jet的多重数，对强相互作用味道无关性作出了检验；得到了PP反应过程同位旋对称性不再严格成立的预言，预言的反粒子的产率明显低于相应的粒子的产率，这与重离子碰撞实验发现的<（?）>／＜1完全吻合，对相对论重离子碰撞事例的分析得到的反重子、重子比率基本与实验结果一致。本文按照夸克组合模型的基本物理图像，对e+e-湮没、pp（（?））碰撞过程的奇异粒子与非奇异粒子多重数比率γ与奇异抑制因子λ以及反应类型、反应能量的关系作了分析计算。发现直生的奇异、非奇异强子（介子、重子）多重数比率一般不等于奇异抑制因子，而是与反应类型、反应能量以及奇异抑制因子有关的复杂函数关系，利用我们得到的这些关系可以由实验测量的强子多重数比率数据反推出奇异抑制因子，反之，把奇异抑制因子作为已知参数，也可以预言各种强子之间的多重数比率，解释实验结果。第二章首先分析比较简单的e+e-湮没过程，e+e-湮没过程参如强子化的夸克包括电弱过程与强相互作用过程两个不同的阶段，两个阶段不同味道夸克的产生几率不同，由此得到夸克平均产生几率也不同，进一步分析了平均事例的奇异反奇异粒子比率，发现这些比率与强予的具体味道（含有夸克反夸克的数量）有关，也与反应能量有关，不是简单的奇异抑制因子。e+e-湮没过程的领头粒子因为携带初始夸克，能够反应部分子强子化的重要信息，实验与理论研究都非常重视，本文对e+e-湮没过程轻味jet事例领头粒子产生几率以及不同轻味jet领头粒子多重数比率进行了计算与分析，得到的结果基本与OPAL实验组实验一致。进一步计算了e+e-湮没γ共振能区附近连续与非连续区的粒子产生几率与末态粒子多重数，得到的结果基本与实验一致。第三章进一步分析pp与p（?）碰撞过程的奇异非奇异强子多重数之比率。由于入射的p（（?））都携带初始净味夸克，同样得到平均夸克产生几率与具体反应过程以及具体反应道有关，这种影响比e+e-湮没过程更明显，在很高能量下仍然不能忽略。由此得到的两种反应过程强子产率也不完全相同，都与强子的味道与反应能量有关。由于两种反应过程夸克产生几率与携带的初始净味夸克有关，因此相同味道的强子产生几率在两种过程中也是不同的。进一步计算了各种奇异、非奇异介子、重子产生几率，得到奇异与非奇异强子多重数比率，这个比率不仅与奇异抑制因子有关，也与具体强子的味道以及反应类型有关。同样利用这些分析结果，可以利用实验上测量的多重数比率，反推出奇异抑制因子，如果把府异抑制因子作为一个产生，也能够给出各种强子多重数之间的比率。由于实验上没有测量有关的数据，这些分析预言有待进一步的实验检验。总之，本文利用夸克组合模型，对e+e-湮没过程以及pp（（?））反应过程的奇异、非奇异强子多重数之间的比率进行了系列分析与计算，得到了一些有意义的结果，有的结果与已有的实验基本一致，有的预言有待实验的检验。但不需要任何额外假定，把奇异抑制因子作为一个不变的参数，对于三种反应，得到的奇异与非奇异粒子多重数比率都是随能量而增高的，这一点与现有的实验结果也是吻合的。但高能反应机制是远没有真正解决的常复杂问题，特别相对论重离子碰撞把奇异抑制增高作为QGP产生的信号，其非常复杂的强子化过程远远没有解决，进一步发展与完善夸克组合模型，结合成功的理论机制，解释与预言更多的实验，还要解决许多理论分析问题需要解决，这也是我们进一步探索与研究的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• §1.1 奇异抑制增高是QGP存在的重要信号
• §1.2 夸克组合模型
• §1.3 本文内容安排
• 参考文献
• +e^-湮没过程'>第二章 e⁺e^-湮没过程
• +e^-湮没平均事例'>§2.1 e⁺e^-湮没平均事例
• +e^-湮没轻夸克事例的奇异抑制'>§2.2 e⁺e^-湮没轻夸克事例的奇异抑制
• +e^-湮没共振区及连续区事例'>§2.3 e⁺e^-湮没共振区及连续区事例
• 参考文献
• 第三章 质子质子（反质子）碰撞过程
• §3.1.1 pp反应过程的物理模型
• §3.1.2 pp反应不同反应道中平均夸克产生比率
• §3.1.3 pp反应过程总的平均夸克产生几率
• §3.1.4 pp反应过程奇异非奇异粒子比率
• §3.1.5 pp反应过程末态多重数比率
• 3.2 PP|-反应过程
• §3.2.1 PP|-反应的物理模型
• §3.2.2 PP|-碰撞两个色单态弦平均夸克产生比率
• §3.2.3 PP|-反应过程平均夸克产生几率与比值
• §3.2.4 PP|-反应过程中奇异与非奇异粒子比例
• 参考文献
• 第四章 总结与展望
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表