相对论重离子碰撞守恒荷高阶矩的模型研究

摘要

20世纪初期，科学家指出在高能重离子碰撞初期，系统处于极端高温高密的环境，在这种状态下系统有可能会发生相变，即由强子物质组成的强子相转而形成由夸克胶子组成的夸克胶子等离子体(QGP)。作为一种新的物质形态，QGP引起了物理学前沿的研究热潮，近年重离子对撞机作为研究QGP的重要手段，并且取得了重大进展。在此之前，理论学家已证明量子色动力学(QCD)可以用来描述夸克和胶子之间的强相互作用，并利用QCD解释预言了很多物理现象。强子相到夸克胶子等离子体可以由QCD相图很好的描述，横坐标和纵坐标分别表示重子化学势μB和温度T。在低温高化学势的区域会有一级相变，随着化学势的降低，温度的升高，在相变边界的初始点，被称为QCD相变的临界点，临界点之前化学势继续降低温度继续升高，在高温低化学势区域强子相到QGP相是一个平滑过渡，确定相图中相变的临界点对于研究相图有重要意义。
　　相对论重离子碰撞产生的末态粒子携带了许多有用的信息，守恒荷分布的高阶矩属于其中之一。大量理论研究提出守恒荷分布的高阶涨落与QCD相变临界点的关联长度正相关，所以关联长度在临界点附近的不连续可以导致守恒荷分布的高阶矩在临界点的涨落，这给我们寻找临界点提供了一个有力的工具。通过研究高阶矩的涨落反推出相变临界点的区域。美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机通过加速粒子使粒子在不同质心能量下发生对撞，创造出高温高密的极端环境，使得从实验上去了解QCD相图并寻找QCD相变临界点成为可能。
　　为了研究这些净守恒量分布的性质，本文利用极端相对论量子分子动力学模型（UrQMD）产生金金碰撞在不同质心能量下的末态粒子，研究末态粒子中净守恒荷分布的中心度依赖性以及能量依赖性。由于模型模拟的重离子碰撞中没有相变这一物理过程的，所以我们将模型结果与已经发表的实验结果进行对比，结果显示两者在质心能量较低时出现较大的偏差，这对我们寻找临界点具有很重要的指导意义。我们进一步研究了净守恒荷分布随着快度窗口的扩大而产生的行为，这些模型计算结果有助于我们进一步在实验室了解净守恒荷高阶矩的性质。

目录

声明

摘要

第一章

§1．1 粒子物理的发展

§1．2 量子色动力学简介

§1．3 高能物理实验方法

§1．4 相对论重离子碰撞

§1．5 临界点存在的信号特征

§1．6 本文拟开展的工作

第二章

§2．1 蒙特卡洛模拟

§2．2 UrQMD模型简介

第三章

§3．1 几个基本物理量

§3．2 探测工具-高阶矩

§3．3 泊松分布的高阶矩

§3．4 中心度bin宽和自关联效应

第四章

§4．1 净守恒荷的分布

§4．2 模型结果与实验结果的比较

§4．3 净守恒荷分布高阶矩的快度依赖性

§4．4 本章总结

第五章

§5．1 总结与展望

参考文献

致谢