部分子演化的能量损失的细致平衡

摘要

在美国布鲁克海文国家实验室(BNL)相对论重离子对撞机(RHIC)和欧洲的大型强子对撞机(LHC)上的重离子碰撞实验，可能产生了一种新的物质——夸克胶子等离子体(QGP)。研究QGP高温高密等物理性质是高能核物理的热点问题。这有助于我们理解物质的基本构成以及基本相互作用规律，而且有助于我们理解早期宇宙演化和星系的形成。相对论重离子碰撞实验就是形成这种高温高密物质的最有效方式。在核-核碰撞早期，当大横动量部分子喷注(Jets)穿过QGP介质时，会由于多重散射和胶子辐射损失能量，这种现象被称为喷注淬火(Jet quenching)，它是研究QGP物质的重要探针。
　　关于喷注淬火现象，早期的研究表明，由于胶子的多重散射和辐射过程中非阿贝尔LPM效应的影响，喷注能量损失与喷注在QGP介质中传播距离的平方成正比。后来发现，由于喷注热吸收的影响减少了部分子喷注的有效能量损失。研究表明这种细致平衡带来的影响对中能区的部分子比较明显，对高能区部分子的影响可忽略。这些研究考虑到了由于介质膨胀导致的介质密度变化而引起的对部分子能量损失的影响，但忽略了高能重离子碰撞中由于温度以及描述化学非平衡的逃逸度的时空演化过程。实际上，这些影响会反映到德拜屏蔽质量、平均自由程的大小，继而影响喷注在强相互作用中的散射次数(opacity)，因而会改变喷注能量损失的大小。
　　本文基于微扰QCD和流体力学模型研究部分子的演化对喷注淬火的影响。首先，我们假设部分子分布可以近似为带有非平衡夸克逸度和胶子逸度的相空间分布。其次，利用微扰QCD推导出一组几率方程来研究高能碰撞早期夸克和胶子的化学非平衡演化过程，同时，运用横向能量法和粒子多样性法两种方法，我们确定了在RHIC中的金-金对心碰撞的初始条件:初始温度550MeV，初始胶子逸度0.3。最后，将初始条件带入几率方程就得到了温度和逸度随固有时的演化，经计算可得到德拜屏蔽质量、平均自由程随固有时的演化，以及opacity随传播距离（介质厚度）的演化。在计算细致平衡下的能量损失时，我们同时考虑了胶子的辐射和吸收过程，运用高扭度的方法，分别得到了细致平衡下由于辐射导致的能量损失、由于热吸收而导致的能量的增加以及总的有效能量损失随传播距离和喷注能量的演化。我们发现随着传播距离的增加，辐射能量损失、热吸收、以及总的能量损失都增加;随着喷注能量的增加，辐射能量损失和总能量损失增加，而热吸收减少。在分析热吸收对总能量损失的影响时，我们发现随着传播距离的增加热吸收的效果越来越不明显，并且热吸收对于中能区喷注的能量损失影响比较明显，对高能区喷注的能量损失影响可忽略。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 夸克、胶子与相互作用理论

1．2 夸克胶子等离子体和高能重离子碰撞

1．3 QCD费曼规则

1．4 喷注能量损失

第二章 RHIC中部分子平衡：对初始条件的依赖

2．1 部分子化学过程

2．2 平衡率

2．2．1 胶子平衡

2．2．2 夸克平衡

2．3 初始条件

2．3．1 横向能量法

2．3．2 粒子多样性法

2．4 部分子的平衡

第三章 化学非平衡QGP介质中的opacity

3．1 德拜屏蔽质量的演化

3．2 平均自由程的演化

3．3 opacity的演化

第四章 细致平衡下部分子的能量损失

4．1 单散射诱导的胶子辐射谱

4．2 部分子演化的能量损失的细致平衡

4．3 细致平衡下热吸收对部分子有效能量损失的影响

第五章 总结和展望

参考文献

致谢