高能碰撞中末態(tài)粒子贗快度分布的系統(tǒng)研究.pdf

1、高能碰撞是現(xiàn)代粒子物理和原子核物理研究的重要主題之一,通過高能碰撞研究可以對(duì)很多問題給出解釋,比如夸克-膠子等離子體(QGP)、標(biāo)準(zhǔn)模型中的Higgs粒子、以及粒子產(chǎn)生機(jī)制等。人們認(rèn)為QGP存在于早期宇宙大爆炸后短暫的幾十微秒內(nèi),那時(shí)的物質(zhì)狀態(tài)處于溫度和能量密度都極高的條件下。當(dāng)它的能量密度降到足夠低時(shí)就轉(zhuǎn)變到正常的物質(zhì)狀態(tài)。世界上很多國(guó)家或組織建造了各種高能加速器用于研究高能物理,比較著名的有(位于法國(guó)和瑞士邊界的)歐洲原子核研究組織

2、(CERN)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)和美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(BNL)的相對(duì)論性重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)。通過高能碰撞可以研究標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的粒子的性質(zhì)和相互作用理論,以及物理學(xué)家提出的其他理論,如超對(duì)稱性理論。還可以通過高能碰撞對(duì)很多問題給出答案。
　　從各種總體觀測(cè)量中,可以得到關(guān)于粒子產(chǎn)生機(jī)制和高能碰撞中形成的系統(tǒng)演變的重要信息。贗快度分布、多重?cái)?shù)分布和橫動(dòng)量分布就是研究的最一般對(duì)象,也是實(shí)驗(yàn)首先要測(cè)量的量。贗快度分布對(duì)研

3、究QGP有著重要的意義。本文用不同的方法系統(tǒng)地研究了高能質(zhì)子-反質(zhì)子(pp)或質(zhì)子-質(zhì)子(pp)、銅-銅(Cu-Cu)和鉛-鉛(Pb-Pb)碰撞中產(chǎn)生的帶電粒子的贗快度分布,并根據(jù)高能pp碰撞的贗快度分布得出了其他分布。此外,本文對(duì)氘-金(d-Au)碰撞中產(chǎn)生的μ-子的橫動(dòng)量譜也進(jìn)行了初步研究。
　　根據(jù)多源熱模型(以前稱作多源理想氣體模型),本文分析了不同能量pp或pp、Cu-Cu和Pb-Pb碰撞中產(chǎn)生的帶電粒子的贗快度分布。計(jì)

4、算結(jié)果表明,多源熱模型可以很好地描述這些碰撞中帶電粒子的贗快度分布。首先,基于UA5、UA1、P238、CDF、ALICE和CMS六個(gè)合作組報(bào)告的不同能量pp或pp碰撞中產(chǎn)生的帶電粒子的贗快度分布,根據(jù)模型擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的參數(shù)值,我們找到了不同參數(shù)隨質(zhì)心能量對(duì)數(shù)的不同變化關(guān)系。由這些關(guān)系推算得到了更大LHC能量對(duì)應(yīng)的pp碰撞中產(chǎn)生的帶電粒子的贗快度分布。其次,基于BNL RHIC上的質(zhì)心系能量NNs=22.4、62.4和200 GeV

5、的Cu-Cu碰撞中的帶電粒子的贗快度分布,模型計(jì)算結(jié)果表明,領(lǐng)頭粒子的貢獻(xiàn)隨碰撞參數(shù)的增大而增加,快度空間柱的長(zhǎng)度(相互作用系統(tǒng)縱向移動(dòng))隨碰撞能量的增大而增長(zhǎng),而不依賴于給定能量下的中心度。再次,通過CERN LHC上的三個(gè)實(shí)驗(yàn)組(ATLAS、ALICE和CMS)測(cè)量的NNs=2.76 TeV的Pb-Pb碰撞中帶電粒子的贗快度分布,由模型計(jì)算得到的參數(shù)值表明,相互作用系統(tǒng)的快度移動(dòng)幾乎獨(dú)立于中心度類別,而領(lǐng)頭核子的貢獻(xiàn)隨中心度(百分比

6、)類別的增加而增加。
　　在碰撞末態(tài),考慮到有很多有質(zhì)量的粒子產(chǎn)生,我們對(duì)多源熱模型作了改進(jìn),將之修正為相對(duì)論性多源熱模型。通過這個(gè)模型,對(duì)UA5、UA1、P238、CDF、CMS和ALICE合作組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了再分析,我們的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致。研究表明,改進(jìn)的多源熱模型(相對(duì)論性多源熱模型)可以很好地描述質(zhì)心能量范圍從0.053到7TeV的pp或pp碰撞中產(chǎn)生的帶電粒子的贗快度分布。
　　本文在相對(duì)論性多源熱模型的基

7、礎(chǔ)上又作了新的改進(jìn),可稱之為L(zhǎng)andau流體力學(xué)型的多源熱模型。再次改進(jìn)后的模型認(rèn)為,不但粒子橫動(dòng)量譜遵從玻耳茲曼分布,而且快度空間中射彈(靶)柱的長(zhǎng)度被修正為L(zhǎng)andau流體力學(xué)模型中的快度分布寬度。再次改進(jìn)后的多源熱模型,通過用僅有的兩個(gè)參數(shù)(快度移動(dòng)和歸一化常數(shù))描述贗快度分布。我們用再次改進(jìn)的多源熱模型(Landau流體力學(xué)型的多源熱模型),分析了帶電有質(zhì)量粒子的贗快度分布,發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與過去和目前對(duì)撞機(jī)能區(qū)的pp或pp碰撞的實(shí)

8、驗(yàn)數(shù)據(jù)是一致的。
　　考慮到很多物理量的相關(guān)性,基于高能pp碰撞中產(chǎn)生的末態(tài)粒子的(贗)快度分布,根據(jù)多源熱模型得到了所考慮粒子的動(dòng)量、縱動(dòng)量、橫動(dòng)量(橫質(zhì)量)、能量、速度、縱速度、橫速度和發(fā)射角的概率分布。同樣,得到了高能pp碰撞中凍結(jié)階段坐標(biāo)和動(dòng)量空間及相關(guān)橫平面粒子的數(shù)密度分布、橫縱向坐標(biāo)空間粒子的散布點(diǎn)平面圖、和橫動(dòng)量空間粒子的散布點(diǎn)平面圖。
　　基于RHIC PHENIX合作組報(bào)告的d-Au碰撞中產(chǎn)生的μ-子的橫動(dòng)