高能p+p在s=7TeV碰撞中流体动力学研究毕业论文.docx

学科代码：07020100 学 号：120801010092贵 州 师 范 大 学（本 科）毕 业 论 题 目：高能p+p在=7TeV碰撞中流体动力学研究 学 院：物理与电子科学学院专 业：物理学年 级：2012级姓 名：王德波指导教师：向文昌（研究员）完成时间：2016年4月1日贵州师范大学本科毕业论文(设计)开题报告学院：物理与电子科学学院 专业：物理学 级别：2012 级课题名称高能p+p在碰撞中流体动力学研究学生姓名王德波学号120801010092指导教师姓名向文昌职称学位研究员开题报告内容要求：1、选题的理论、实际意义2、研究动态、见解3、研究思路、方法、技术路线4、总体安排、进度计划5、主要参考文献1、 选题的理论、实际意义 从高能重离子碰撞中存在流体动力的基础上，进一步研究高能质子碰撞中是否会有流体动力的存在，认识质子碰撞后形成的物质形态，初步认识宇宙最初的形成形态，加深对核领域的探讨，深化对核领域的认知。通过此研究，能提高自己对于那些连接高能量和核物理领域系统的定性和定量认识。2、 研究动态、见解 从ATLAS、CMS、ALICE实验结果入手，进一步认识高能重离子碰撞中流体动力学，从而进行高能质子碰撞中流体动力学的研究。3、 研究思路、方法、技术路线 通过在重离子对撞机（RHIC）中模拟质子-质子在很高的能量下碰撞，观察碰撞后是否会有夸克胶自等离子体生成的椭圆流信号，粘性系数等信号。通过测量是否存在椭圆流信号，就可以判断出高能质子-质子碰撞中是否存在流体动力学。4、总体安排、进度计划2015年11月，初步确定论文方向，拟定论文题目，之后根据已经确定的方向，进行资料收集，查找文献等相关工作。2015年11月-2016年3月，对已经收集到的资料和文献进行阅读理解，得出自己需要的相关信息。2016年3月，得出论文初稿，并交给指导老师进行指导并修改。2016年3月-4月，期间修改论文，并和指导老师交流，最终得出论文并提交。5、主要参考文献1 J. Adams et al. (STAR), Nucl. Phys. A757, 102 (2005), nucl-ex/0501009.2 K. Adcox et al. (PHENIX), Nucl. Phys. A757, 184 (2005), nucl-ex/0410003.3 B. B. Back et al., Nucl. Phys. A757, 28 (2005), nucl-ex/0410022.4 I. Arsene et al. (BRAHMS), Nucl. Phys. A757, 1 (2005), nucl-ex/0410020.5 K. Aamodt et al. (ALICE), Phys. Rev. Lett. 105, 252302 (2010), 1011.3914.6 G. Aad et al. (ATLAS), Eur. Phys. J. C74, 3157 (2014), 1408.4342.7 S. Chatrchyan et al. (CMS), Phys. Rev. C84, 024906 (2011), 1102.1957.8 P. Huovinen, P. F. Kolb, U. W. Heinz, P. V. Ruuskanen, and S. A. Voloshin, Phys. Lett. B503, 58 (2001), hep-ph/0101136.9 D. Teaney, Phys. Rev. C68, 034913 (2003), nucl-th/0301099.10 T. Hirano, U. W. Heinz, D. Kharzeev, R. Lacey, andY. Nara, Phys. Lett. B636, 299 (2006), nucl-th/0511046.指导教师意见： 本文的选题是根据该生的兴趣爱好以及该研究对提高核物理相关知识作用来选择的。尝试通过物理学史上的重大物理突破的思维方式运用，论文写作的步骤、进度安排基本合理，查阅了一定的参考文献，同意该生毕业论文开题。 签 名：向文昌 2015年 11月23 日贵州师范大学本科毕业论文(设计)指导教师指导记录表学院：物理与电子科学学院 专业：物理学 级别：2012 级论文(设计)题目高能p+p在碰撞中流体动力学研究学生姓名王德波学 号120801010092指导教师姓名向文昌指导内容：指导如何选题。l 选题方法：对自己感兴趣的和对自己以后工作有用的方面查询资料。l 查询资料手段有：图书馆、网络（主要）、期刊。l 针对题目细查、细看、做记录。学生签名：王德波 教师签名：向文昌 2015年11 月 15 日指导内容：作论文方向性指导和时间的具体安排，并对论文献查找等相关知识进行讲解。此外还有对论文中出现的常规错误给予纠正，并给出相关意见。 学生签名：王德波 教师签名：向文昌 2015年11月15 日指导内容：根据论文初稿进行修改，对其中存在的问题给出意见和修改办法，并对一些语法错误的句子提出了宝贵意见，使其变得较为通顺流利。 学生签名：王德波 教师签名：向文昌 2016年 3 月 15 日指导内容：初稿进行第二次修改，特别提醒论文中涉及的公式要用公式编辑器来编写，以及对论文格式的指导。 学生签名：王德波 教师签名：向文昌 2016年4 月 12 日贵州师范大学本科毕业论文(设计)答辩记录表学院：物理与电子科学学院 专业：物理学 级别：2012 级论文(设计)题目高能p+p在碰撞中流体动力学研究学生姓名王德波学 号120801010092指导教师姓名向文昌答辩情况记录： 一、论文陈述1、 研究背景：2、 研究内容：3、 .研究意义：2、 回答问题： 三、论文答辩是在规定的时间完成的。 记录人： 2016 年 月 日答辩委员会成员签名： 2016 年 月 日答辩委员会负责人签字： 2016 年 月 日贵州师范大学本科毕业论文(设计)成绩表一、指导教师评价学院：物理与电子科学学院 专业：物理学 级别：2012 级论文（设计）题目高能p+p在碰撞中流体动力学研究学生姓名王德波学号120801010092指导教师向文昌指导教师评语（参照贵州师范大学本科毕业论文（设计）成绩评定参考标准）： 本篇论文题目为高能p+p在碰撞中流体动力学研究 建议成绩： 指导教师签名： 年 月 日二、同行教师评审学院：物理与电子科学学院 专业：物理学 级别：2012 级论文（设计）题目高能p+p在碰撞中流体动力学研究学生姓名王德波学号120801010092指导教师向文昌同行教师评审意见： 建议成绩： 同行教师签名： 年 月 日三、答辩委员会评定学院：物理与电子科学学院 专业：物理学 级别：2012级论文（设计）题目高能p+p在碰撞中流体动力学研究学生姓名王德波学号120801010092指导教师向文昌答辩委员会评定意见： 答辩委员会负责人签名： 年 月 日毕业论文（设计）成绩：答辩委员会负责人签名： 年 月 日学院本科毕业论文（设计）指导委员会负责人签字： 年 月 日目录第一章 引言.1第二章 方法.2第三章 结果.5第四章 结论.7参考文献.8致谢词.10诚信声明.11高能p+p在=7TeV碰撞中流体动力学研究王德波摘要：在相对论高能重离子碰撞中，两个高能粒子相互碰撞以后，爆发出来的能量聚集在一个很小的空间范围内，可能会达到强子物质发生退禁闭相变的条件，从而产生夸克胶子等离子体（QGP），进而有流体动力的存在。这一研究在RHIC上运行的碰撞实验已经得到证实。 质子-质子碰撞中是否也会有流体动力产生呢？实验研究在RHIC上运行的质子-质子碰撞，通过观察是否有夸克胶子等离子体（QGP）产生，进而进一步证实在质子-质子碰撞中是否有流体动力学的存在。关键词：高能质子-质子碰撞；夸克胶子等离子体；流体动力；椭圆动量各向异性系数Abstract：In relativistic heavy ion collisions, two energetic particles collide with each other after, bursts of energy gathered in a very small space within the scope, may achieve the hadronic matter phase transition occurs, resulting in a quark gluon plasma (QGP), indicating that the existence of power flow, the idea have been confirmed on RHIC by Au+Au collisions. Does the proton proton collision also have fluid power? Experimental study on the operation of proton-proton collisions in RHIC at, The existence of an elliptic flow signal generated by the quark quark plasma (QGP) is observed, It is further confirmed that there is fluid power in the proton-proton collision.Key words：High energy proton-proton collisions；Quark gluon plasma；Hydrodynamic；Elliptic momentum anisotropy coefficient0 引言在高能重离子碰撞中，实验发现集体流通常与一个热化介子的扩展存在某种关系，可以根据流体动力学规律看出来。最近，ATLAS（超环面仪器）、CMS（紧凑渺子线圈）和ALICE（大型离子对撞机）实验中发现了相同类型、相同大小的超相对论质子-质子碰撞信号。在这项实验中，最先进的流体力学模型SONIC是用来模拟P+P碰撞产生的系统，通过改变二阶传递系数的大小，流体力学本身在P+P碰撞中产生的系统是量子化的。我们发现，流体力学可以给一个定量可靠的结果对粒子谱和动量各向异性椭圆系数,使用一个简单的几何形式并且基于弹性形式模拟质子，在一个小的误差范围内，导致结果和实验测量结果定量一致，而不是非零体积粘性系数。重离子实验程序在相对论重离子对撞机(RHIC)和大型强子对撞机（LHC）提供了强有力的证据，为平衡状态的物质创造了超相对论重离子碰撞，如金和铅。比较现在已经拥有的一个大范围的碰撞能量理论模型而计算的大量实验数据得到，在该领域目前的共识是：建立在物质超相对论重离子碰撞会像理想流体一样有一个非常低剪切粘度对熵比。这种物质被称为“夸克胶子等离子体”。仅仅几年前，在这个领域有一个类似的共识，质子与原子核碰撞产生的系统（或d+Au在RHIC情况下的碰撞）不平衡形成夸克胶子等离子体，是由于这些系统太小，太短暂，和含有粒子太少而表现出来的聚集行为。事实上，这些实验数据在重离子碰撞中被视为一种夸克胶子等离子体的成分是“已知的”，缺乏的只是参考系统。同样，认为夸克胶子等离子体能够在高能质子-质子碰撞形成多半被认为是荒谬的：一个由几个粒子组成的系统何如表现为流体一样？该领域的共识受到了严重的挑战，如果不粉碎，当实验数据由各向异性集体流入p+Pb，p+Au，d+Au，+Au中。最近以来在质子-质子碰撞变为可以得到。而在所有的这些小系统中，实验信号被证明是相似的类型和大小，这些发现都是在重离子碰撞中发现的。此外，测量可以很好可以很好地描述（和在某些情况下预测）理论流体动力模型计算，如SONIC模型。一个大的椭圆流系数在高能质子-质子碰撞中的发现显得特别有趣，因为一个大的系数通常是表示在系统流体动力演化阶段。它是在所有可能的流体力学定量描述系统中实时演化，线性调频，调频尺寸是小于1和速度以平均每五到六个粒子为单位在移动吗？什么样的约束会对QCD（量子色动力学）传递系数有影响？比如剪切和体积粘度？这些问题提供了动力关于高能质子-质子碰撞中流体动力学的研究。1 方法在目前的研究中，我们使用流体动力学模型SONIC模拟质子-质子碰撞产生的系统，在剪切和体积粘度存在的情况下运用因果相对论流体力学SONIC模拟动力学在平面的横向轴，其次是强子级联加力B3D26在温度T0.5GeV在质子-质子碰撞中，所示的实验结果的范围为2.76，来自ATLAS。13TeV和SONIC模拟7TeV和三种不同的质子模型。这个错误项对于SONIC模拟包括流体力学适用性的不确定性，可以从不同的二阶传递系数得到。3 结论 流体动力模型SONIC常用来研究质子-质子在7TeV的碰撞，通过利用质子的三个简单参数化，通过不同大小的二阶传递系数，在p+p碰撞中创建的流体力学本身对于这个系统可以量化，我们发现，流体力学可以为粒子谱和动量各向异性椭圆系数定量可靠的结果，质子-核碰撞是符合最近的结果。流体力学描述的被证明是可靠的，然而流体力学将会打破高阶动量各向异性的顺序（第一：，然后是，等等），这个发现，流体力学可以应用于质子-质子碰撞也与最近的研究结果一致（从规范/重力对偶模拟），流体力学应用于小系统就不那么神秘了，如果抛弃传统的想法，把夸克和胶子形成有利于非定域的流体和强相互作用形成等离子场。由于流体力学可来自于一个梯度扩展的量子场理论，不曾采用（准）粒子的概念。这是非常合理的去期望限制和强相互作用的物质为QCD流体动力学，即使这滴最终会加到只有少数的强子上。原则上，这个概念甚至可以提供一个新的解释关于热化粒子谱中明显看到的碰撞。在流体力学描述的背景下，目前的研究证据表明，最终的粒子平均横动量在p+p碰撞中对体积粘度系数敏感强烈，在三个质子的参数化研究中，一个非零的最小值必须匹配实验数据测量的平均横动量，这可以表明一个可能的试验路径去确定在QCD中的体积粘度系数。最后，发现经典的动量各向异性椭圆系数在流体动力学模型得到的大小和实验测量的结果一样。显然，当未来针对详细描述实验数据的时候，目前流体动力学研究的很多方面都有待改进，例如包含更现实的逐事件波动的质子形状波动，或预平衡流，然而，这些未来关于初始条件处理的改进并不会影响流体力学的适用性。最后，我们的研究提供的证据表明，在高能质子-质子碰撞中得到的实验结果能够在流体动力模型中从定性和定量两方面去理解，它是类似于重离子碰撞。虽然目前的流体动力模型并没有描述实验测量的细节，很可能是因为质子更复杂的参数化能够带来一样的效果对于质子-质子碰撞，就像现在经常可以从重离子碰撞的看到的一样。这意味着在质子-质子碰撞中一个夸克胶子等离子体形成的解释是和实验数据一致的，但并不意味着它是唯一关于这种一致的解释，所以未来的工作就需要我们提高自己的定性和定量认识对于那些连接高能量和核物理领域的系统。参考文献： 1 J. Adams et al. (STAR), Nucl. Phys. A757, 102 (2005), nucl-ex/0501009. 2 K. Adcox et al. (PHENIX), Nucl. Phys. A757, 184 (2005), nucl-ex/0410003. 3 B. B. Back et al., Nucl. Phys. A757, 28 (2005), nucl-ex/0410022. 4 I. Arsene et al. (BRAHMS), Nucl. Phys. A757, 1 (2005), nucl-ex/0410020. 5 K. Aamodt et al. (ALICE), Phys. Rev. Lett. 105, 252302 (2010), 1011.3914. 6 G. Aad et al. (ATLAS), Eur. Phys. J. C74, 3157 (2014), 1408.4342. 7 S. Chatrchyan et al. (CMS), Phys. Rev. C84, 024906 (2011), 1102.1957. 8 P. Huovinen, P. F. Kolb, U. W. Heinz, P. V. Ruuskanen, and S. A. Voloshin, Phys. Lett. B503, 58 (2001), hep-ph/0101136. 9 D. Teaney, Phys. Rev. C68, 034913 (2003), nucl-th/0301099. 10 T. Hirano, U. W. Heinz, D. Kharzeev, R. Lacey, and Y. Nara, Phys. Lett. B636, 299 (2006), nucl-th/0511046. 11 M. Luzum and P. Romatschke, Phys. Rev. C78, 034915 (2008), Erratum: Phys. Rev.C79,039903(2009), 0804.4015. 12 B. Schenke, S. Jeon, and C. Gale, Phys. Rev. Lett. 106, 042301 (2011), 1009.3244. 13 U. Heinz and R. Snellings, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 63, 123 (2013), 1301.2826. 14 B. Abelev et al. (ALICE), Phys. Lett. B719, 29 (2013), 1212.2001. 15 G. Aad et al. (ATLAS), Phys. Rev. Lett. 110, 182302 (2013), 1212.5198. 16 A. Adare et al. (PHENIX), Phys. Rev. Lett. 111, 212301 (2013), 1303.1794. 17 A. Adare et al. (PHENIX), Phys. Rev. Lett. 115, 142301 (2015), 1507.06273. 18 G. Aad et al. (ATLAS) (2015), 1509.04776. 19 P. Bozek, Phys. Rev. C85, 014911 (2012), 1112.0915. 20 J. Nagle, A. Adare, S. Beckman, T. Koblesky, J. O. Koop, D. McGlinchey, P. Romatschke, J. Carlson, J. Lynn, and M. McCumber, Phys. Rev. Lett. 113, 112301 (2014), 1312.4565. 21 B. Schenke and R. Venugopalan, Phys. Rev. Lett. 113, 102301 (2014), 1405.3605. 22 I. Kozlov, M. Luzum, G. Denicol, S. Jeon, and C. Gale (2014), 1405.3976. 23 P. Romatschke, Eur. Phys. J. C75, 305 (2015), 1502.04745. 24 M. Habich, J. L. Nagle, and P. Romatschke, Eur. Phys.J. C75, 15 (2015), 1409.0040. 25 P. Romatschke, Eur. Phys. J. C75, 429 (2015), 1504.02529. 26 J. Novak, K. Novak, S. Pratt, J. Vredevoogd, C. Coleman-Smith, and R. Wolpert, Phys. Rev. C89, 034917 (2014), 1303.5769. 27 P. Romatschke, Class. Quant. Grav. 27, 025006 (2010), 0906.4787. 28 S. Venkat, J. Arrington, G. A. Miller, and X. Zhan, Phys. Rev. C83, 015203 (2011), 1010.3629. 29 G. A. Miller, Phys. Rev. C68, 022201 (2003), nucl-th/0304076.5 30 D. Kharzeev and M. Nardi, Phys. Lett. B507, 121 (2001), nucl-th/0012025. 31 H.-J. Drescher, A. Dumitru, A. Hayashigaki, and Y. Nara, Phys. Rev. C74, 044905 (2006), nucl-th/0605012. 32 H. J. Drescher and Y. Nara, Phys. Rev. C75, 034905 (2007), nucl-th/0611017. 33 G. Watt and H. Kowalski, Phys. Rev. D78, 014016 (2008), 0712.2670. 34 L. Bianchi, plenary talk, Quark Matter, Kobe, Japan (2015). 35 M. Luzum, Phys. Rev. C83, 044911 (2011), 1011.5173. 36 M. Luzum and P. Romatsc