高能重離子碰撞中重味介子的夸克組合產(chǎn)生.pdf

1、量子色動力學(xué)(QCD)理論預(yù)言,在極高溫和高密度的條件下,普通的強子物質(zhì)會發(fā)生相變而形成一種新的物質(zhì)形態(tài),夸克膠子等離子體(QGP)。宇宙大爆炸理論則認為這種特殊的物質(zhì)形態(tài)存在于宇宙形成的初期階段。在一般條件下,夸克禁閉于強子中而無法在實驗中觀測到單個的自由夸克。高能重離子碰撞實驗為我們提供了可以產(chǎn)生上述QCD相變的高溫高能量密度的實驗室環(huán)境。近年來,美國Brookhaven國家實驗室的相對論重離子對撞機(RHIC)實現(xiàn)了每對核子質(zhì)心系

2、能量200 GeV的金—金(Au+Au)、銅—銅(Cu+Cu)碰撞實驗。實驗中觀測到的高橫動量區(qū)域粒子產(chǎn)額的壓低和末態(tài)強子的集體流效應(yīng)等實驗現(xiàn)象,已經(jīng)初步證明在RHIC能區(qū)發(fā)生了退禁閉的QCD相變。目前,歐洲核子研究中心的大型強子對撞機(LHC)將實現(xiàn)每對核子質(zhì)心系能量5.5 TeV的Pb+Pb對撞,致力于全面研究QGP物質(zhì)的特性。
　　 在高能重離子碰撞實驗中,重味夸克在碰撞初期的硬散射過程中產(chǎn)生,即產(chǎn)生的時間早于發(fā)生QGP相

3、變的時間。這些重味夸克在穿越相變產(chǎn)生的熱密介質(zhì)時,與介質(zhì)發(fā)生相互作用或由于膠子輻射而損失能量。由于它們經(jīng)歷整個相變過程,因此攜帶了大量的豐富的關(guān)于熱密介質(zhì)的信息,從而可以作為探測熱密介質(zhì)性質(zhì)的理想探針。研究RHIC和LHC能區(qū)重離子碰撞實驗中末態(tài)的重味強子是高能物理中的熱點問題,是研究退禁閉的QGP物質(zhì)特性的有效手段之一。本文詳細討論了碰撞末態(tài)中的各種重味介子的橫動量譜和橢圓流。
　　 研究末態(tài)強子的產(chǎn)生機制,有利于幫助人們了解

4、QGP物質(zhì)的性質(zhì)和重離子碰撞系統(tǒng)的演化過程。在人們提出的眾多強子化機制中,較為成功的有適用于低橫動暈區(qū)域的弦模型和適用于高橫動量區(qū)域的部分子獨立碎裂模型。而在RHIC能區(qū)的中等橫動量區(qū)域,這兩種模型在解釋一些實驗現(xiàn)象時都遇到了困難。近年來,逐步發(fā)展和完善起來的夸克重組合模型不僅可以很好地符合PHIC能區(qū)的整個橫動量區(qū)域的粒子橫動量譜,還可以解釋一些新的實驗現(xiàn)象,如Cronin效應(yīng),3＜pT＜4 GeV/c區(qū)域重子產(chǎn)額反常增加即比值p/π

5、～1,橢圓流的組分夸克數(shù)目標(biāo)度行為等。
　　 本文首次將夸克重組合模型應(yīng)用于研究RHIC能區(qū)和LHC能區(qū)重味介子產(chǎn)生的橫動量譜以及它們的橢圓流。重組合模型將部分子I碎裂成為強子h的過程分為兩步:(1)在重離子碰撞初期的硬散射過程中產(chǎn)生高能量的硬部分子i,在該硬部分子的簇射(shower)中分布有各種“味”的夸克,即簇射部分子:(2)兩個或者三個簇射部分子重新組合,形成強子?？淇酥亟M合模型最重要的一步就是將常用的部分子碎裂函數(shù)Dh

6、i表述成為兩個(介子)或者三個(重子)簇射部分子的重組合過程,并唯象地得到簇射部分子的分布。本文將首先通過重建重味介子的碎裂函數(shù),得到這些介子的組分夸克作為簇射部分子的分布。從簇射部分子分布的結(jié)果來看,在小動量份額區(qū)域(x＜0.35),硬部分子c噴注中輕夸克部分子(u、d、s夸克)分布遠高于c夸克部分子分布;當(dāng)x值增加時,該噴注中則會有更多的幾率產(chǎn)生c夸克;同時,在硬部分子c噴注中發(fā)現(xiàn)c夸克的幾率遠大于磅克:而在膠子噴注中產(chǎn)生的u、d夸

7、克或者s夸克的幾率密度遠高于c或6夸克。
　　 碰撞實驗?zāi)B(tài)的觀測強子都是由部分子重組合形成的。而部分子有兩種來源:熱部分子和簇射部分子。因此,部分子的組合形式有:熱部分子—熱部分子重組合,熱部分子—簇射部分子重組合以及簇射部分子一簇射部分子重組合。硬部分子分布中需要考慮它們在穿越熱密介質(zhì)時的能量損失。我們詳細討論了RHIC能區(qū)每對核子質(zhì)心系能量√SNN=200 GeV,不同中心度下的Au+Au碰撞實驗中的J/ψ橫動量譜,其計算

8、結(jié)果可以很好地符合PHENIX合作組的實驗數(shù)據(jù)。在較小的橫動量區(qū)域,介子的產(chǎn)生主要源于熱部分子的重組合,在較高橫動量區(qū)域,占主導(dǎo)地位的是簇射部分予重組合,該部分在理論上等同于部分子碎裂過程的貢獻;而在中等橫動量區(qū)域,介子產(chǎn)生的主要貢獻來自于熱部分子與簇射部分子的重組合。這也進一步顯示了夸克重組合的強予化機制被應(yīng)用于中等橫動量區(qū)域的優(yōu)越性。同時,我們也進一步預(yù)言了其他粲介子和B介子的橫動量分布,其結(jié)果有待實驗的檢驗。
　　 如果考

9、慮同一噴注中的π介子橫動量分布,我們可以進一步討論π-J/ψ的關(guān)聯(lián)。在π作為觸發(fā)粒子的噴注中,近端的橫動量為pa的J/ψ分布在pa＞3.8 GeV/c時隨觸發(fā)粒子橫動量pt的增加而增加;在較小的pa區(qū)域,其結(jié)果相反;并且其變化趨勢不隨中心度的變化而變化。另一方面,遠端的J/ψ產(chǎn)額在整個橫動量區(qū)域都是單調(diào)遞減的,并且其分布在邊緣碰撞時將變得平滑。引起這種變化的主要原因在于π與J/ψ截然不同的碎裂函數(shù)。
　　 考慮硬部分子分布與方位

10、角的依賴關(guān)系,可以得到反映末態(tài)粒子各向異性的一個重要參數(shù):橢圓流參數(shù)v2。J/ψ的v2值在誤差范圍內(nèi)可以符合PHENIX合作組的實驗數(shù)據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)D介子的v2值大于J/ψ的v2值,這種現(xiàn)象不符合橢圓流參數(shù)的組分夸克數(shù)目標(biāo)度行為,因為在重組合模型中,D介子的橫動量基本來自于c夸克的橫動量貢獻,因為c克的質(zhì)量遠大于另一個組分夸克(輕夸克)的質(zhì)量。
　　 當(dāng)系統(tǒng)的能量增加,例如LHC能區(qū),我們必須考慮來自于兩個不同噴注的簇射部分子的重