介質(zhì)中噴注演化的研究.pdf

1、量子色動力學(xué)(QCD)是描述強相互作用的非阿貝爾規(guī)范場理論。它有兩個基本性質(zhì)：漸進(jìn)自由和夸克禁閉。漸進(jìn)自由的性質(zhì)讓我們可以在大動量或者極短程相互作用過程中使用微擾QCD進(jìn)行計算。而夸克禁閉的性質(zhì)讓我們無法觀測到自由夸克的存在。
　　 然而，量子色動力學(xué)預(yù)言在高溫高密度條件下夸克膠子可以處于解禁閉相，在一個比強子尺度大的時空范圍內(nèi)自由存在。高溫高密可以達(dá)到相變所需的條件，使強子的外殼不復(fù)存在，夸克和膠子形成一種新的物質(zhì)形態(tài)。這種新

2、物質(zhì)態(tài)后來被叫做夸克膠子等離子體(QGP)。
　　 理論上，這種高能量密度的物質(zhì)形態(tài)可以用高能重離子碰撞(即核一核碰撞)來實現(xiàn)。質(zhì)心能量足夠高的相對論重離子碰撞可以提供QGP形成所需要的高溫和高密度。過去幾十年里，美國布魯海文國家實驗室(BNL)和歐洲的核子研究中心(CERN)進(jìn)行了大量的高能重離子碰撞實驗，產(chǎn)生了豐富的實驗結(jié)果，有跡象表明夸克膠子等離子體已經(jīng)在實驗中產(chǎn)生。
　　 高能重離子實驗中我們實際能觀測到的只有末

3、態(tài)強子，如何從末態(tài)強子中分離出QGP存在的信息，是當(dāng)前高能重離子物理的熱門課題。我們知道，隨著碰撞能量的提高，硬過程對截面的貢獻(xiàn)也越來越大。在RHIC和LHC的能量范圍內(nèi)，硬過程已經(jīng)變得非常重要。由硬過程產(chǎn)生的大橫動量噴注可以作為探測QGP存在信號的硬探針。
　　 理論預(yù)言硬過程中被散射的大橫動量部分子在穿越強相互作用物質(zhì)時，會因為多重散射而損失能量。導(dǎo)致我們在實驗上看到的噴注淬火(JetQuenching)現(xiàn)象。大橫動量部分子

4、的能量損失對它所穿過的介質(zhì)的性質(zhì)非常敏感。所以硬探針的能量損失就成為探測QGP形成的重要信號。由Gyulassy和X.N.Wang提出的模型(GW模型)認(rèn)為部分子穿過熱的部分子介質(zhì)時的能量損失是由于多重散射而誘發(fā)輻射出的膠子帶走的，且有效能量損失正比于介質(zhì)中膠了密度。GW模型指出和彈性碰撞的能量損失相比，非彈性碰撞能暈損失的貢獻(xiàn)是主要的。另外，部分子穿過冷的核物質(zhì)時也應(yīng)該有類似的能量損失效應(yīng)。計算和比較冷熱兩種核物質(zhì)環(huán)境下部分子的能量損

5、失的不同之處，可以給我們更多的關(guān)于核物質(zhì)性質(zhì)的信息。
　　 然而，由于量子色動力學(xué)中部分子的能量損失不是可以直接測量的。而且傳統(tǒng)上噴注的定義是指相空間中的一簇強子，它的整體能量不會因為介質(zhì)誘發(fā)輻射而改變。改變的只是噴注中這一簇強子的能量分布。所以由于多重散射而誘發(fā)的膠子輻射會導(dǎo)致初始部分子碎裂函數(shù)的修正，從而給出部分子的能最損失。
　　 在深度非彈性散射中，被硬過程激發(fā)的夸克穿過冷核介質(zhì)時，末態(tài)輻射將給出類似于真空中依賴

6、于標(biāo)度且滿足DGLAP演化方程的碎裂函數(shù)。而與核物質(zhì)多重散射而誘發(fā)的膠子輻射會在演化方程中增加額外的項。從而導(dǎo)致對夸克的碎裂函數(shù)和其滿足的DGLAP演化方程的介質(zhì)修正。
　　 DGLAP演化方程中不僅包括夸克噴注的介質(zhì)修正的碎裂函數(shù)，還應(yīng)該包括與膠子噴注相關(guān)的碎裂函數(shù)的修正項。因為膠子噴注在穿過介質(zhì)的時候也會發(fā)生同樣的多重散射并誘發(fā)額外的膠子輻射，并進(jìn)而修正膠子的碎裂函數(shù)。而且膠子噴注除了誘發(fā)的膠子輻射之外，還應(yīng)該有額外的夸克-

7、反夸克對產(chǎn)生的項。基于同樣的考慮到多重部分子散射的廣義的因子化框架內(nèi)，關(guān)于夸克-夸克(反夸克)的雙重散射的研究讓我們可以把這一部分的貢獻(xiàn)也包括進(jìn)來。本文第一部分內(nèi)容中，我們將這些介質(zhì)修正項全都包括進(jìn)演化方程中，就可以得到完整的夸克膠子互相耦合的修正的演化方程。這樣就可以得到夸克和膠子互相耦合的完整的介質(zhì)修正DGLAP演化方程(mDGLAP)。而且我們采用基于Runge-Kutta迭代方法的數(shù)值解法，可以得到給定初始條件的mDGLAP方程

8、演化到任意能量標(biāo)度下的所有部分子的修正碎裂函數(shù)。這樣我們就可以計算任意核環(huán)境下部分子的能量損失，可以對核介質(zhì)中部分子演化的行為進(jìn)行系統(tǒng)性研究。
　　 本文第二部分內(nèi)容主要關(guān)注在理想的“方塊”介質(zhì)中噴注的演化行為。為了能夠明確考察mDGLAP方程演化得到的修正的碎裂函數(shù)是如何依賴于初始部分子的能量E、演化標(biāo)度Q2、核介質(zhì)的長度L和噴注輸運參數(shù)q(也就是核介質(zhì)中的膠子密度)，我們假設(shè)了一種具有有限長度、密度均勻的理想核環(huán)境，稱之為“

9、方塊”核環(huán)境(brick)。在“方塊”核環(huán)境中，我們用特殊的δ-函數(shù)δ(1-z)作為mDGLAP演化方程中單個部分子的初始條件，考察了在初始部分子形成的簇射中末態(tài)部分子的演化和分布。另外在介質(zhì)誘發(fā)的膠子輻射和夸克對產(chǎn)生過程中，如何定義能量損失是一個比較困難的事情。我們的工作中將能量損失定義為初始部分子由介質(zhì)誘發(fā)輻射出的膠子和夸克-反夸克對所帶走的能量分?jǐn)?shù)，從而計算了由mDGLAP方程演化得到的能量損失，并跟傳統(tǒng)的膠子誘發(fā)輻射導(dǎo)致的能量損

10、失作了比較。我們還在核環(huán)境中引入真實的部分子碎裂函數(shù)作為初始條件，考察了不同核環(huán)境參數(shù)下演化得到的碎裂函數(shù)的演化行為，并由此得到核修正因子對不同核環(huán)境參數(shù)的依賴關(guān)系。
　　 本文第三部分內(nèi)容將重點研究真實的核環(huán)境下噴注演化的行為。首先，我們考察了電子-核的深度非彈性散射半單舉實驗。應(yīng)用Woods-Saxon模型描寫核中的核子分布，計算不同原子量的冷核環(huán)境下，由mDGLAP演化方程計算得到冷核中的介質(zhì)修正的碎裂函數(shù)，并且計算出相應(yīng)

11、的核修正因子。并且我們進(jìn)一步確認(rèn)了在初始能量標(biāo)度下，介質(zhì)中噴注演化的初始條件與真空中的初始條件是有區(qū)別的這一假設(shè)。我們將計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)作比較，從中抽取出對應(yīng)于冷核介質(zhì)的噴注輸運參數(shù)。另外，我們還將這一計算方法應(yīng)用到高能重離子碰撞實驗中，運用實際物理過程中的核幾何函數(shù)，由mDGLAP方程演化得到對應(yīng)于RHIC能級下的介質(zhì)修正因子RAA。我們將計算結(jié)果跟實驗數(shù)據(jù)比較，得到RHIC能級下QGP中的噴注輸運參數(shù)。通過計算我們得到對應(yīng)于冷熱兩