（理论物理专业论文）高能重离子碰撞中的夸克极化现象研究.pdf

摘要 高能反应中的自旋效应是研究强子结构和强相互作用的重要于段， 尤其是一系列意外自旋效应的发现对于深入研究强相互作用理论q c d 的非微扰效应和强子结构有非常重要的意义。最早意外自旋效应是来 自户= 吴+ 超子极化实验，实验上可以比较容易的分析这些超子的弱衰变 产物而测量这些超子的极化度。结果发现在非极化的高能强子一强子、强 子一核反应中产生的超子相对于产生面是横向极化的，极化度的大小和方 向随超子类型的不同而改变。对这一现象的深入研究大大加深了人们对强 相互作用的理解，但对这一现象的理论解释到现在为止还没有完全彻底地 解决。 如果考虑高能核一核反应，一些文献【1 ，2 】中指出这一意外自旋效应将 因为夸克胶子等离子体q g p 的产生而消失。但是核核反应过程有区别于强 子一强子、强子一核的独特特点，尤其近来实验上可以定出两个原子核碰 撞参数的大小以及反应面方向。这一有力工具在强子一强子、强子一核反 应中是没有的。在此实验前提条件上，粱作堂和王新年两人在文献阁首次 提出，在高能非对心核核碰撞中产生的热物质体系将有一个很大的轨道角 动量，这一轨道角动量总是沿反应面反方向，在早期演化阶段这一轨道角 动量局域表现为沿垂直于入射轴方向的纵向动量流梯度或快度s h e a r ，这一 纵向流的横向分布不均匀导致碰撞产生的热物质体系中横向相邻的部分子 具有一个沿反应面负方向的轨道角动量。文献【3 1 进一步指出这一轨道角动 量可以由q c d 散射过程转化为它们的自旋角动量，从而使碰撞后的部分子 沿这初始角动量的方向产生极化，他们利用了一个简单的有效静态势模 型来描述部分予级散射过程，并且借助与碰撞参数空间的截面公式来计算 具有初始轨道角动量的散射过程，在小角散射近似下得到了一个简单的解 析结果，结果显示初始夸克的轨道角动量是完全可能导致散射后末态夸克 山东大学博士学位论文 的极化，极化度可达3 0 一4 0 。夸克的这一极化最终可以转化为末态可 测的强子极化。文献 3 】讨论了这一夸克极化如何转化为末态超子的极化， 在文献【4 】中讨论了这一夸克极化如何导致末态矢量介子的极化现象以及极 化矢量介子衰变对椭圆流的影响。既然这一极化现象是源自非对心碰撞中 的整体轨道角动量，为了区别于强子一强子、强子一核中的极化机制，我 们将把这种极化现象简单的称之为整体极化。对于高能非对心重离子碰撞 中这一整体极化的研究为人们更加深入认识q c d 中自旋一轨道角动量耦合 机制提供了另一强有力的工具。 本篇论文的工作是建立在文献 3 】基础之上的，我们首先对纵向流分布 进行了更加全面和详细的讨论。对于描述原子核几何结构的模型除了在 文献【3 】中用到的h a r ds p h e r e 模型，在本文中还讨论了w o o d ss a x o n 模型， 对于描述产生的q g p 的整体流分布，既考虑了l a n d a uf i r e b a l l 模型，也讨 论了 b e j o r k e ns c a l i n g 模型。在l a n d a uf i r e 枞型下，h a r ds p h e r e 模型 和w o o d ss a x o n 模型的所导致的纵向流结果是相一致的。为了在b e j o r k e n s c a l i n g 模型下描述，我们利用h i j i n g 来提供产生的快度分布。我们分别 在l a n d a uf i r e b a l l 模型和b e j o r k e n s c a l i n g 模型下估计了在q g p 中两个夸克 在有效距离下的平均轨道角动量，以及由此轨道角动量而导致的一次散射 后夸克的极化度，我们发现这两个模型所导致的结果是非常不同的。 然后我们把文献【3 】中描述夸克散射的有效静态势模型，推广到了一般 的夸克一夸克散射过程。在我的论文中夸克一夸克散射过程的计算是基于 温度场论中h t l ( h a r dt h e r m a ll o o p ) 近似下的胶子传播子公式。我们既计 算了在有限温度下两个轻夸克之间的散射过程，也计算了一个轻夸克和一 个重夸克的散射情况。在两个轻夸克散射过程中结果显示，与以前的静态 势模型相比较，夸克极化度与入射能量的依赖关系更加敏感和复杂。从 低能到高能，极化度从接近于零的值很快变大，达到一个峰值，最大可 达2 5 ，然后再变小，最终趋于零。在轻夸克一重夸克散射过程中，重夸克 的极化度在固定质量下与两个轻夸克散射过程的情形相比较，我们发现它 的变化趋势是+ 样的：从低能到高能，极化度从小很快变大，达到个峰 值，然后再变小最终趋于零。但是极化度的峰值要比轻夸克的情形要小 的多，极化度随着夸克质量的增加而衰减。利用我们最新的结果发现， 在r h i c 能量下l a n d a uf i r e b a l l 模型和b e j o r k e n s c a l i n g 模型所导致的夸克极 n 山东大学博士学位论文 化都非常小几乎为零1 只l r a 立时突变为零，这是由h a r ds p h e r e 模型的边 界效应引起的。q g p 的物质主要集中在中心z = 0 的附近，所以这些边界 效应不会对我们的讨论产生大的影响。 对m ( z ，6 ；伺的z 求偏微分，我们可以得到它的沿横向方向的梯度d p z d x 。 因为p z ( x ，6 ；饲是x 的奇函数所以d p z d x 是z 的偶函数。与p z ( x ，6 ；伺一 山东大学博士学位论文 图2 3 ：在r h i c 和l h c 能量f ，在不同碰撞参数_ 卜，平均每个部分子所具有的纵向 动量分布如作为= ( r a 一6 2 ) 的函数图像 样d p , d x 在b = o 时仍旧是零。所以在对心碰撞中不存在动量梯度。利 用d p d d x 我们可以估计在沿z 方向临近z 的两个部分子之间的平均动量 差阮。进而我们可以得到相邻a x 的这