RHIC及LHC能区核-核碰撞中奇异粒子产生特性的研究

摘要

量子色动力学(Quantum Chromodynamics, QCD)的研究表明,强子物质在高温高密的极端条件下可发生退禁闭相变,形成一种新的夸克胶子物质相态,夸克胶子等离子体(QuarkGluonPlasma, QGP)。在QGP物质中,相较与强子物质,夸克和胶子可以自由运动。在高能重离子碰撞实验中,两束粒子相向运动,经加速后具有很高的能量,然后安排这两束粒子进行碰撞。由于大部分的碰撞为非弹性碰撞,参与碰撞的粒子粉身碎骨,且损失大部分的能量,同时有新的部分子从真空中激发出来,在碰撞中心区域形成高温高密的环境,一旦符合QGP的形成条件,就有可能形成QGP,因此寻找QGP存在的依据是高能重粒子碰撞实验的主要研究目标之一。2008年9月,为模拟宇宙大爆炸而设计的位于欧洲核子研究中心(European Organisation for Nuclear Research,CERN)的大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)正式运行,将高能重离子碰撞试验研究提高到了一个前所未有的新的高度,开创了高能物理研究的新纪元。
　　探测QGP产生的信号有很多,其中奇异增强是其中一种非常重要的信号,因此本文将高能核核碰撞中奇异粒子的产生既奇异特性作为研究方向,具有一定的科学研究意义。众所周知,由于奇异夸克(s)的质量大于上、下(u、d)夸克,所以在弦碎裂机制中,奇异夸克对( ss)产生的几率低于上夸克对、下夸克对( uu、dd)产生的几率,它们之间的比值λ称为奇异夸克压低因子。在早期的重离子碰撞实验中,由于碰撞能量很低,λ被认为是一个常量。但随着实验条件的改善和实验设备的更新,重离子碰撞实验的质心系能量在不断提高后,发现λ不再是一个不变的量,随有效弦张力的增大而增大,这意味着奇异夸克压低在减弱。
　　有效弦张力增大后奇异夸克压低减弱机制在1997年被提出,并且利用包含有该机制的重粒子碰撞微像模型成功解释了CERN超级质子同步加速器(Super Proton Synchrotron, SPS)能区中pp,p+A和A+A碰撞中奇异夸克压低减弱的现象,并对RHIC(Relativistic Heavy Ion Collider)能区和LHC能区pp碰撞中奇异粒子产生及奇异增强作了深入的研究。在该机制在,随碰撞质心系能量的增大,强子弦上的胶子数量增加,考虑胶子对碰撞多重数的作用后,得到有效弦张力(在以往的碎裂模型中,弦张力是常量),之后发现真空中激发出一个奇异夸克对( ss)的几率增大,λ增大,在末态强子中有更多的奇异粒子产生,达到减弱奇异夸克压低的目的。
　　本文将以包含有有效弦张力增大后奇异夸克压低减弱机制和部分子、强子重散射的PACIAE模型为研究平台,对RHIC能区相对论Au+Au碰撞和LHC能区相对论Pb+Pb碰撞中奇异粒子的产生特性展开系统的研究,并与实验结果进行了详细的比较,找出了PACIAE模型的一些不足之处。我们研究了相对论核-核碰撞中奇异粒子在中心快度区的产额( dN dy)和横动量分布谱(2 Td N dydp),并与STAR实验组和ALICE实验组的实验结果进行比较,得知PACIAE模型可以合理解释相对论核-核碰撞中除?粒子及其反粒子外的其它奇异粒子的产生机制,说明有效弦张力增大后奇异夸克压低减弱机制和部分子、强子重散射对相对论核-核碰撞是不可缺少的。但是在该模型中,粒子的产额被严重低估。

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引言

1 绪论

1.1 物理学中的两大困惑

1.2 相对论性重离子碰撞

1.2.1高能重离子碰撞的动力学演化过程

1.2.2高能重离子碰撞实验

1.3 奇异粒子和奇异增强在QGP

1.3.1QGP和奇异粒子

1.3.2奇异增强----QGP的形成信号

1.4 SPS到LHC能区重离子碰撞中奇异粒子的产生结果

1.4.1不同能区奇异粒子产生的部分实验结果

1.4.2 RHIC能区核-核碰撞奇异粒子产生的部分实验结果

1.4.3 LHC能区核-核碰撞奇异粒子产生的部分实验结果

1.5 本文内容结构

2 模型简介

2.1 PYTHIA模型简介

2.2 PACIAE模型介绍

2.2.1部分子初始化

2.2.2部分子重散射（演化）

2.2.3强子化

2.2.4强子重散射（演化）

2.3 PACIAE2.0b程序简介

3 RHIC及LHC能区核-核碰撞中奇异粒子产生的研究

3.1 RHIC能区相对论性Au+Au碰撞中奇异粒子产生结果

3.2 LHC能区相对论性Pb+Pb碰撞中奇异粒子产生结果

4 总结与展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著