相对论重离子碰撞中的QGP相变与光子、双轻子产生

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本文讨论了RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider)和LHC (Large Hadron Collider)能区的pp(质子-质子)、dA(氘核-核)以及AA(核-核)碰撞的初始部分子硬散射过程中由直接和分解光生过程导致的大横动量光子、双轻子产生。光生过程在HERA (Hadron-Electron Ring Accelerator)的电子-质子深度非弹过程中起着非常重要的作用,高能入射电子能够发射带有大横动量的光子,这些光子将与入射质子直接作用(γP→jets:即直接光生过程),而且这些高能光子有可能是“分解”的,Heisenberg不确定性关系允许这些来自于入射电子的高能光子在-个很短的时间区间内涨落为夸克-反夸克对(高阶情况下夸克还将释放胶子),这些夸克(胶子)也能与质子内的部分子进行相互作用。在这样的反应中,光子可以视为是由夸克和胶子组成的有“内部结构”的客体,即分解光子,这样的相互作用称为分解光生过程。在相对论性核-核碰撞中,入射核子内的荷电部分子同样能够发射高能光子和高能分解光子。在直接光生过程中,来自入射核子内的荷电部分子发射的高能光子将与另一入射核子内的部分子通过QED (quantum electrodynam-ics) Compton过程进行相互作用从而产生光子或双轻子。在分解光生过程中,强子型的分解光子同样能够与核子内的部分子通过Compton散射和夸克-反夸克湮灭产生光子或双轻子。数值计算结果表明,在RHIC能区光生过程对大横动量光子、双轻子产生的贡献并不明显。但是在大横动量区域,该贡献在LHC能区的质子-质子碰撞、氘核-铅核碰撞和铅核-铅核碰撞中却是显著的。在HERA能区中,分解光生过程在小横动量区域的贡献比直接光生过程重要。在RHIC能区,每核子质心系能量((?)=200 GeV)低于HERA的电子-质子碰撞能量((?)=300 GeV),分解光生过程在小横动量区域的贡献相比直接光生过程仍不明显。但是在LHC能区((?)=5.5 TeV),分解光生过程的贡献在较大的横动量区间内都比直接光生过程重要。此外,由于胶子的部分子分布函数相比价夸克和海夸克分布而言,在小x区域具有很高的状态数,所以在对应的小横动量区域,来自胶子过程(gg→gγ,gg→γγ(orγ*))的光子、双轻子应该对硬散射过程中的领头阶Compton散射和湮灭过程有一定的修正贡献。我们发现在RHIC能区和LHC能区,胶子过程的修正在小横动量区域不可忽略。在AA碰撞中,由于热信息在小横动量谱中占主导地位,所以胶子过程的修正会被热信息所掩盖。但在PP、dA碰撞中,胶子过程的修正可以在小横动量区域中体现出来。我们也分析了胶子过程在热光子、双轻子产生中的贡献。在热媒介中,热胶子部分子和热夸克部分子一样,都具有相同的热Boltzmann分布形式,所以胶子过程的贡献在热产生中被高阶的耦合因子压低了。我们还讨论了喷注与QGP (quark-gluon plasma)热部分子的相互作用,如果产生于初始硬散射的喷注进入QGP热媒介,夸克喷注或胶子喷注将通过Compton散射和湮灭过程与热部分子进行相互作用从而产生光子或双轻子。对于双轻子的不变质量谱,喷注-双轻子转换在中间不变质量区域对热双轻子谱和Drell-Yan过程有一定的贡献。对于Au+Au 200A GeV碰撞的数值计算结果能较好地在中间不变质量区域与PHENIX数据相符合。喷注-双轻子转换的贡献在LHC能区会变得更加明显。我们发现喷注-双轻子转换谱会随着不变质量的增加而迅速降低,这种现象在喷注-双轻子转换的横动量谱中也同样存在,这实际上是由于喷注的分布函数参与了系统演化的动量积分导致的。由于喷注-光子转换的产率正比于喷注的相空间分布(Rjet-γ∝fjet(p)),所以喷注-光子转换谱并不会随着横动量的增加而迅速衰减。
摘要第3-5页
Abstract第5-7页
目录第8-10页
第一章 引言第10-15页
第二章 零温QCD的光子、双轻子产生机制第15-37页
    §2.1 大横动量光子产生第19-35页
        §2.1.1 Compton过程第23-28页
        §2.1.2 夸克-反夸克湮灭过程第28-30页
        §2.1.3 胶子过程第30-31页
        §2.1.4 碎裂子过程第31-35页
    §2.2 大横动量双轻子产生第35页
    §2.3 QED双轻子产生过程(低横动量)第35-37页
        §2.3.1 夸克-反夸克湮灭过程第35-36页
        §2.3.2 双光子过程第36-37页
第三章 核-核深度非弹散射第37-81页
    §3.1 深度非弹动力学第37-48页
    §3.2 核-核碰撞中的大横动量双轻子产生第48-66页
        §3.2.1 双轻子的直接产生第48-53页
        §3.2.2 双轻子的碎裂产生第53-55页
        §3.2.3 光生过程第55-66页
    §3.3 核-核碰撞中的双轻子产生(低横动量)第66-68页
    §3.4 核-核碰撞中的大横动量光子产生第68-81页
        §3.4.1 快光子产生第68-72页
        §3.4.2 光生过程第72-81页
第四章 高能重离子碰撞产生的QGP第81-89页
    §4.1 高能重离子碰撞与QGP的产生第81-84页
        §4.1.1 相对论性运动的MIT袋模型第81-82页
        §4.1.2 产生QGP的临界温度第82-84页
    §4.2 QGP的流体动力学性质第84-89页
第五章 QGP产生的热信息第89-105页
    §5.1 QGP产生的热光子第89-97页
        §5.1.1 Compton与湮灭过程的贡献第89-93页
        §5.1.2 胶子过程的贡献第93-97页
    §5.2 QGP产生的热双轻子第97-101页
        §5.2.1 低横动量热双轻子第97-99页
        §5.2.2 大横动量热双轻子第99-101页
    §5.3 喷注与热媒介散射的光子、双轻子产生第101-105页
        §5.3.1 喷注-光子转换第102-103页
        §5.3.2 喷注-双轻子转换第103-105页
第六章 强子气体的光子与双轻子产生第105-111页
    §6.1 光子产生的强子气体模型第105-106页
    §6.2 介子衰变产生的双轻子第106-111页
第七章 总结与展望第111-114页
参考文献第114-128页
研究生期间发表的论文第128-130页
致谢第130页
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