（理论物理专业论文）top+sps能量下pbpb碰撞中强子产生的研究.pdf

摘要 格点q c d 预言，在极高温度和密度下，禁闭的强子物质将会经过相变到一种新的物质 形态夸克胶子等离子体( q g p ) 态。相对论重离子碰撞可以提供这种产生解禁闭夸克 物质的高温高密条件。通常有两种方法用来研究高能核核碰撞所产生的解禁热密夸克物质 的性质。一种方法是，借助微扰q c d 研究来自初始硬 j e t s ”的大p ，强子的特性。另一种方 法是，研究从热密夸克物质中冷凝出来的热强子的性质。对于后一种方法，热密夸克物质 的强子化( 典型的非微扰过程) 至关重要。因为只有通过有效的强子化机制，人们才能根 据实验上观测到的末态强子的各种性质间接获取q g p 的各种信息。r h i c 能量下核核碰撞 的大量实验数据和唯象研究表明，夸克组合机制是重要的强子化机制。近年来，夸克组合 图像的最成功之处，就是很好地解释了中等横向动量区大的重子介子比以及强子椭圆流的 组分夸克数标度性( c o n s t i t u e n tq u a r kn u m b e rs c a l i n g ) 规律，这在部分子碎裂图像下是根 本无法理解的。最近，n a 4 9 实验组已经测量了t o ps p s 能量下p 御b 碰撞中各种强子的 椭圆流，发现强子椭圆流的c o n s t i t u e n tq u a r kn u m b e rs c a l i n g 现象也还存在，这是否意味着 夸克组合图像在t o ps p s 能量下也还适用? 另一方面，n a 4 9 实验组也已经发现在核核反 应能量3 0 a g e v 附近存在三个有趣的现象：( 1 ) p i o n 介子多重数能量依赖的陡然增加，( 2 ) 奇异强子多重数与p i o n 介子多重数比率的能量依赖达到最大，( 3 ) k a o n 介子产生的有效 温度呈现出明显的平台。这些现象都暗示了在低的s p s 能量下，解禁闭现象可能已经发生。 通过a j o r k e n 方法，可以估计在t o ps p s 能量p b + p b 碰撞中初始能量密度大约是 3 0 g e v f m 3 ，这已经超过了格点q c d 所预言的相变能量密度1g e v k n 3 。因此，在s p s 能量下解禁闭的热密夸克物质可能已经产生，我们可以把夸克组合机制推广、应用到s p s 能量下的核核碰撞。 考虑到t o ps p s 能量下的p b + p b 碰撞积累了丰富的实验数据，这有利于我们与r h i c 能量下的结果进行比较，所以在本论文中，我们把已成功描述r h i c 实验的山东夸克组合 模型推广、应用到t o ps p s 能量下中心的p 御b 碰撞，系统研究各种强子的产额、快度 谱以及横动量谱。一方面，检验夸克组合机制的普适性。另一方面，由于强子化时部分 子的动量分布携带了热密夸克物质演化的重要信息，因此，我们可以从t o ps p s 能量下末 态强子的各种性质反向获取有关q g p 的各种性质，并与r h i c 能量下的结果进行比较。 这里我们主要研究与奇异强子产生有关的两个性质：一个是轻夸克和奇异夸克椭圆流的 差异问题，另一个是奇异性增强问题。 本文利用山东夸克组合模型做了以下两方面的工作： ( 一) 研究了t o ps p s 能量下中心的p b + p b 碰撞中各种强子的动量谱。由于t o ps p s 能 量( 小w = 1 7 3 g e v ) 下p b + p b 碰撞的阻止性比t o pr h i c 能量( 小= 2 0 0 g e v ) 下a u + a u 碰撞强，碰撞后大部分的净夸克滞留在碰撞区，其纵向、横向演化与在 碰撞区激发的新生夸克的演化有明显的不同，因此，在考虑了净夸克和新生夸克 动量谱的差异后，山东夸克组合模型成功地描述了t o ps p s 能量下中心p b + p b 碰撞 的末态强子万，七士，p ( p ) ，a ( 八) ，硭，巨一( 一。) ，q 一( q + ) 的快度分布及其横动量谱；并进 一步给出了与实验致的重子介子比的横动量依赖。这表明，山东夸克组合模型 在t o ps p s 能量下的p b 斗p b 碰撞中是适用的。 ( 二) 研究了t o ps p s 能量下热密夸克物质的纵向、横向集体流及其奇异性。结果发现， 在部分子演化阶段，奇异夸克获得了比轻夸克较强的集体流，这与t o pr h i c 能量下 的结果是一致的。最后我们研究了质心能量 s = 1 7 3 g e v ，6 2 4 g e v ，1 3 0 g e v ，2 0 0 g e v 核核碰撞所产生的夸克物质的奇异性， 发现在这一能量区间奇异性呈现出饱和的趋势。 关键词：夸克胶子等离子体、夸克组合模型、集体流、奇异性加强 a b s t r a c t l a t t i c eq c dp r e d i c t st h a ta te x t r e m e l yh i 曲t e m p e r a t u r ea n dd e n s i t y ，t h ec o n f i n e dh a d r o n i c m a t t e rw i l lu n d e r g oap h a s et r a n s i t i o nt oan e ws t a t eo fm a t t e rc a l l e dq u a r kg l u o np l a s m a ( q g p ) t h er e l a t i v i s t i ch e a v yi o nc o l l i s i o n sc a np r o v i d et h ec o n d i t i o nt oc r e a t et h i sd e c o n f m e dp a r t o n i c m a t t e r i ng e n e r a l ，t w oa p p r o a c h e sa r eu s e dt os t u d yt h ep r o p e r t i e so ft h ed e c o n f i n e dh o ta n d d e n s eq u a r km a t t e rp r o d u c e di na ac o l l i s i o n s o n ei ss t u d y i n gt h eh i g hp rh a d r o n sf r o mi n i t i a l h a r dj e t s ，i nw h i c ho n ec a nr e c u rt ot h ep e r t u r b a t i v eq c dt oac e r t a i nd e g r e e t h eo t h e ri s i n v e s t i g a t i n gt h ep r o p e r t i e so ft h e r m a lh a d r o n sf r o z e no u tf r o mt h eh o ta n dd e n s eq u a r k m a t t e r f o rt h el a t t e r ，t h eh a d r o n i z a t i o no ft h eh o ta n dd e n s eq u a r km a t t e r ( at y p i c a ln o n - p e r t u r b a t i v e p r o c e s s ) i so fg r e a ts i g n i f i c a n c e o n l yt h r o u g har e l i a b l eh a d r o n i z a t i o nm e c h a n i s m , c a l lw e r e v e r s e l yo b t a i nv a r i o u si n f o r m a t i o no fq g pp r o p e r t i e sf r o mt h ef m a ls t a t eh a d r o n sm e a s u r e d e x p e r i m e n t a l l y t h ea b u n d a n te x p e r i m e n t a ld a t aa n dp h e n o m e n o l o g i c a ls t u d i e sa tr h i ce n e r g i e s s u g g e s t t h a tq u a r kc o m b i n a t i o nm e c h a n i s mi so n eo ft h em o s th o p e 伽c a n d i d a t e s t h et w om o s t n o t i c e a b l er e s u l t sa r et h es u c c e s s f u le x p l a n a t i o no ft h eh i 班b a r y o n m e s o nr a t i o sa n dt h e c o n s t i t u e n tq u a r kn u m b e rs e a l i n go ft h eh a d r o n i ce l l i p t i cf l o wi nt h ei n t e r m e d i a t et r a n s v e r s e m o m e n t u mr a n g e ，w h i c hc a nn o tb eu n d e r s t o o da t a l li nt h ep a r t o n i cf r a g m e n t a t i o np i c t u r e r e c e n t l y ，t h en a 4 9c o l l a b o r a t i o nh a v em e a s u r e dt h ee l l i p t i cf l o wo fi d e n t i f i e dh a d r o n sa tt o p s p se n e r g y ，a n df o u n dt h a tt h eq u a r kn u m b e rs c a l i n go fe l l i p t i cf l o ww a ss h o w nt oh o l da l s o i t i m m e d i a t e l yg i v e su sa l li n s p i r a t i o no ft h ea p p l i c a b i l i t yf o rt h eq u a r kc o m b i n a t i o na tt o ps p s e n e r g y o nt h eo t h e rh a n d ，t h en a 4 9c o l l a b o r a t i o nh a v ef o u n dt h r e ei n t e r e s t i n gp h e n o m e n a a r o u n d3 0 ag e v ，i e t h es t e e p e n i n go ft h ee n e r g yd e p e n d e n c ef o rp i o nm u l t i p l i c i t y ，am a x i m u m i nt h ee n e r g yd e p e n d e n c eo fs t r a n g e n e s st op i o nr a t i oa n dac h a r a c t e r i s t i cp l a t e a uo ft h ee f f e c t i v e t e m p e r a t u r ef o r k a o np r o d u c t i o n t h e s ep h e n o m e n aa r ei n d i c a t i v eo ft h eo n s e to ft h e d e c o n f i n e m e n ta tl o w s p se n e r g i e s o n ec a ne s t i m a t ev i ab j o r k e nm e t h o dt h a tt h ep r i m o r d i a l s p a t i a le n e r g yd e n s i t yi np b + p bc o l l i s i o n sa tt o ps p se n e r g yi sa b o u t3 0 g e v f m 3 ，e x c e e d i n g t h ec r i t i c a le n e r g yd e n s i t y ( a b o u t1g e v f m 3 ) p r e d i c t e db yl a t t i c eq c d t h e r e f o r e ，t h e d e c o n f i n e dh o ta n dd e n s eq u a r km a t t e rh a sb e e np r o b a b l yc r e a t e d ，a n dw ec a ne x t e n dt h eq u a r k c o m b i n a t i o nm e c h a n i s mt os p se n e r g i e s c o n s i d e r i n gt h er i c he x p e r i m e n t a ld a t aa tt o ps p se n e r g y ，i nt h i sp a p e r ，w ea p p l yt h eq u a r k c o m b i n a t i o nm o d e lt o s y s t e m a t i c a l l ys t u d yt h ey i e l d s ，r a p i d i t ya n dt r a n s v e r s em o m e n t u m d i s t r i b u t i o n so fv a r i o u sh a d r o n si nm o s tc e n t r a lp b + p bc o l l i s i o n sa t 5 _ j = 17 3 g ev o no n e h a n d ，o n et e s t st h ea p p l i c a b i l i t yo ft h eq u a r kc o m b i n a t i o nm e c h a n i s ma tt h i sc o l l i s i o ne n e r g y o n t h eo t h e rh a n d ，t h ep a r t o nm o m e n t u md i s t r i b u t i o n sa th a d r o n i z a t i o n , w h i c hc a r r yt h ei n f o r m a t i o n o nt h ee v o l u t i o no ft h eh o ta n dd e n s eq u a r km a t e r ，a r ee x t r a c t e df r o mt h ef m a lh a d r o n sa tt o p i i i s p se n e r g ya n dc o m p a r e d 谢mt h o s ea tr h i ce n e r g i e s w ec o n c e n t r a t et h ec o m p a r i s o no nt w o p r o p e r t i e sr e l a t e dt os t r a n g eh a d r o np r o d u c t i o n o n e i st h ed i f f e r e n c ei nc o l l e c t i v ef l o wb e t w e e n l i g h ta n ds t r a n g eq u a r k s ，w h i c ho c c u r sa tr h i ce n e r g i e s t h eo t h e ri st h es t r a n g e n e s s e n h a n c e m e n t , as i g n i f i c a n tp r o p e r t yo fq g p t h ew o r kc o n t a i n st w oa s p e c t sa sf o l l o w s ： ( i ) w eu t h eq u a r kc o m b i n a t i o nm o d e l t os t u d ys y s t e m a t i c a l l yt h em o m e n t u ms p e c t r ao ff i n a l h a d r o n sa tt o ps p se n e r g y t h et r a n s p a r e n c yo f t o ps p se n e r g yi sw e a k e rt h a nt h a to ft o pr h i c e n e r g y , s oa m o u n to f n e tq u a r k sf r o mc o l l i d i n gn u c l e ia r es t o p p e di nt h ec o l l i s i o na r e a , a n dt h e i r l o n g i t u d i n a le v o l u t i o ni sd i f f e r e n tf r o mt h en e w b o r nq u a r k s t h e r e f o r e ，w ed i s t i n g u i s ht h e m o m e n t u ms p e c t r u mo fn e tq u a r k sf r o mt h a to fn e w b o r nq u a r k s ，t h em o m e n t u md i s t r i b u t i o n so f 万，七，p ( _ ) ，a ( _ ) ，鳄，量一( 吾+ ) ，q 一( - + ) c a l lb e n a t u r a l l y d e s c r i b e d w e c o m p u t e t h e b a r y o n m e s o nr a t i o sa n df i n dt h a tt h eq u a r kc o m b i n a t i o nm o d e lc a nd e s c r i b ei t ( i i ) w ea l s oi n v e s t i g a t et h el o n g i t u d i n a la n d t r a n s v e r s ec o l l e c t i v ef l o w sa n ds t r a n g e n e s s o f t h eh o ta n dd e n s eq u a r km a t t e rp r o d u c e di nn u c l e u s - n u c l e u sc o l l i s i o n sa tt o ps p se n e r g y w e f i n dt h a tt h ec o l l e c t i v ef l o wo fs t r a n g eq u a r k si ss t r o n g e rt h a nl i g h tq u a r k s ，w h i c hi sc o m p a t i b l e w i t ht h a ta tr h i ce n e r g i e s w ea b s t r a c tt h es t r a n g e n e s sf r o mt h en u c l e u s - n u c l e u sc o l l i s i o n s a t s 删= 1 7 3 g ev ，6 2 4 g ev ，13 0 g ev ，2 0 0 g eva n df i n dt h es t r a n g e n e s se x h i b i t sa no b v i o u s s a t u r a t i o np h e n o m e n o n k e yw o r d ：q u a r kg l u o np l a s m a 、q u a r kc o m b i n a t i o nm o d e l 、c o l l e c t i v ef l o w 、 s t r a n g e n e s se n h a n c e m e n t i v 曲阜师范大学博士硕士学位论文原创性说明 ( 在口划“4 ) 本人郑重声明：此处所提交的博士口硕士口论文( ( t o ps p s 能量下 p b + p b 碰撞中强子产生的研究，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读 博士口硕士口学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部 分外不包含他人已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中已明确的方式注明。本声明的法律结果将完全 由本人承担。 作者签名：碲长碧黾强：川6 心 曲阜师范大学博士硕士学位论文使用授权书 ( 在口划“ ) ( ( t o ps p s 能量下p b + p b 碰撞中强子产生的研究系本人在曲阜师范大学 攻读博士口硕士口学位期间，在导师指导下完成的博士口硕士口学位论 文。本论文的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他 单位的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被 查阅和借阅。本人授权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论 文，可以公开发表论文的全部或部分内容。 作者签名： 导师签名： 够p 畏墓 以譬舭 “f o 埘7 期期 第一章引言弟一早ji 菌 现代宇宙学理论认为，宇宙形成于距今约1 3 0 亿年前的一次“大爆炸”。宇宙“大 爆炸”后的极短瞬间形成了超高能量密度的物质形态，即夸克胶子等离子体态。在这 一全新的物质状态中，夸克和胶子等基本粒子以自由状态存在。随着宇宙的膨胀、冷却， 夸克、胶子结合形成质子和中子等亚原子粒子，然后又形成原子核，最终产生原子以及今 天的宇宙万物。 相对论重离子碰撞被认为是在可控制的实验室环境中产生夸克胶子等离子体的重要 实验手段。高能核核碰撞的重要特征之一就是涉及的能量巨大，大量的能量在短时间内被 沉积在一个很小的空间区域里，在这个区域内，能量密度非常高，可以达到几个g e v f m 3 的量级 1 】。这样的能量密度高于平衡态下核物质的能量密度，因而可能会有助于形成夸克 胶子等离子体( q g p ) 。q g p 作为一种尚未观察到( 无论是间接还是直接) 的理论预言的物 质形态，人们对它一无所知，首先想从相对论重离子碰撞实验中发现它。因此，不惜投巨 资进行r h i c 和l h c 的实验。这也对理论工作者提出了十分紧迫的问题：夸克胶子等离 子体是否存在? 在相对论重离子碰撞中产生q g p 的信号是什么? 它的强子化机制及其性 质如何? 美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机( r h i c ) 实验的运行迅速推动了这 一问题的研究。实验结果显示：末态强子的性质呈现出许多新的特征 2 ，3 ，4 ，5 ，夸克 胶子等离子体这一全新的物质状态可能已经在r h i c 产生。因此，q g p 的强子化机制、它 的各种性质都成为该领域当前关注的焦点。由于“禁闭效应”，夸克和胶子是不能直接被探 测到的，只能从它们的冷凝产物即末态强子的特性间接给出q g p 产生的证据及其各种性 质，所以对高能核环境下的强子化机制的认识是研究重离子碰撞物理和探索q g p 的前提 之一。由于支配它的非微扰量子色动力学( n p q c d ) 远未解决，至今只能用实验结果参数 化的“碎裂函数”或唯象模型来描写【6 ，7 】。r h i c 能量下核核碰撞的大量实验数据和唯象研 究表明 8 ，9 ，1 0 ，q g p 的强子化机制是夸克组合机制。 夸克组合( q u a r kc o m b i n a t i o n ) 机制最早是由a n n i s o v i c h 和b j o r k e n 等人提出的【1 1 ， 1 2 】。夸克组合模型相对于弦碎裂模型和集团碎裂模型，最大的优点是图像简明，不用引入 任何附加机制，就能在统一的框架下自然的描述重子和介子产生规律。而弦碎裂模型必须 弓i a d i q u a r k ”和 p o p c o r n 机制才能统一地解释重子和介子的产生规律。在组合模型的框架 下，由谢去病等人提出了e + e 一湮灭过程中的夸克产生律和组合律 1 3 1 ，即山东夸克组合模 型，已成功解释了e + e 一反应中的一系列实验现象，如b b 关联，重子介子比，末态粒子产 额以及带电粒子的动量谱等【1 4 】。目前，邵凤兰等人把山东夸克组合模型从e + e 一推广到 r h i c 能量下的相对论重离子碰撞环境，成功解释了一系列实验现象，如强子产额及多重 比、不同能量和中心度下带电粒子赝快度分布、以及强子椭圆流在小p ，区的精细结构，并 研究了多夸克态的产生和产额上限 8 ，9 ，1 0 。 其中，夸克组合图像的最成功之处，就是很好地解释了中等横向动量区大的重子介子 比以及强子椭圆流的组分夸克数标度性( c o n s t i t u e n tq u a r kn u m b e rs c a l i n g ) 规律 1 5 ，1 6 ， 这在部分子碎裂图像下是根本无法理解的。最近，n a 4 9 实验组已经测量了t o ps p s 能量下 p b + p b 碰撞中各种强子的椭圆流 1 7 ，发现强子椭圆流的c o n s t i t u e n tq u a r kn u m b e rs c a l i n g 现象也还存在，这是否意味着夸克组合图像在t o ps p s 能量下也还适用? 另一方面，n a 4 9 实验组也已经发现在核核反应能量3 0 a g e v 附近存在三个有趣的现象：( 1 ) p i o n 介子多重 数能量依赖的陡然增加，( 2 ) 奇异强子多重数与p i o n 介子多重数比率的能量依赖达到最大， ( 3 ) k a o n 介子产生的有效温度呈现出明显的平台。这些现象都暗示了在低的s p s 能量下， 解禁闭现象可能已经发生。通过b j o r k e n 方法，可以估计在t o ps p s 能量p b + p b 碰撞中初 始能量密度大约是3 0 g e v f m 3 ，这已经超过了格点q c d 所预言的相变能量密度 1g e v f m 3 。因此，在s p s 能量下解禁闭的热密夸克物质可能已经产生，我们可以把夸克 组合机制推广、应用到s p s 能量下的核核碰撞。 考虑到t o ps p s 能量下的p b + p b 碰撞积累了丰富的实验数据，这有利于我们与r h i c 能量下的结果进行比较，所以在本论文中，我们把已成功描述r h i c 实验的山东夸克组合 模型推广、应用到t o ps p s 能量下中心的p b + p b 碰撞，系统研究各种强子的产额、快度谱 以及横动量谱。一方面，检验夸克组合机制的普适性。另一方面，由于强子化时部分子的 动量分布携带了热密夸克物质演化的重要信息，因此，我们可以从t o ps p s 能量下末态强 子的各种性质反向获取有关q g p 的各种性质，并与r h i c 能量下的结果进行比较。这里我 们主要研究与奇异强子产生有关的两个性质：一个是轻夸克和奇异夸克椭圆流的差异问 题，另一个是奇异性增强问题。 本文安排如下： ( 1 ) 在第二章中，简要介绍了山东夸克组合模型的主要内容，包括夸克组合律以及强子 多重态的权重与s u ，( 3 ) 对称性。 ( 2 ) 在第三章中，用山东夸克组合模型系统研究了t o ps p s 能量下中心p b + p b 碰撞中各 种强子的产额、快度谱以及横动量谱。由于t o ps p s 能量( 小脚= 1 7 3 g e v ) 下p b + p b 碰撞的阻止性比t i d pr h i c 能量( j = 2 0 0 g e v ) 下a u + a u 碰撞强，碰撞后大部分 的净夸克滞留在碰撞区，其纵向、横向演化与在碰撞区激发的新生夸克的演化有明显 的不同，因此，在考虑了净夸克和新生夸克动量谱的差异后，山东夸克组合模型成功 地描述了t o p s p s 能量下中心 p b + p b碰撞的末态强子 万，| | ，p ( p ) ，人( 人) ，砖，三一( 巨。) ，q 一( q 。) 的快度分布及其横动量谱；并进一步给出了与 实验一致的重子介子比的横动量依赖。这表明，山东夸克组合模型在t o ps p s 能量下 的p b + p b 碰撞中是适用的。 ( 3 ) 在第四章中，研究了t o ps p s 能量下热密夸克物质的纵向和横向集体流以及奇异性。 2 我们利用流体动力学模型研究、分析了强子化时组分夸克的快度、横动量分布，间接 获取了t o ps p s 能量下最中心p b + p b 碰撞中所产生的热密夸克物质的纵向、横向集体 流。结果发现，在部分子演化阶段奇异夸克获得了比轻夸克较强的集体流，这与t o p r h i c 能量下的情况是一致的。最后我们抽取了碰撞质心系能量 小= 1 7 3 ，6 2 4 ，1 3 0 ，2 0 0 g e v 下热密夸克物质的奇异性。结果发现，在这一能量区间奇 异性是几乎不变的，即奇异性呈现出饱和的趋势，这与热密夸克物质在低重子化学势 下普适的强子化温度有关。 ( 4 ) 在第五章中，给出本文的总结和展望。 第二章山东夸克组合模型 山东夸克组合模型已成功地描述了r h i c 能区相对论重离子碰撞的大量实验 1 4 ，1 5 ， 1 6 ，1 8 ，1 9 。热密夸克物质在强子化时，只有相邻的夸克和反夸克组合形成无色的强予。 基于这种相空间近关联的要求，我们已经提出了一个简单的夸克组合规则来描述热密夸克 物质的强子化。在相对论重离子碰撞中，热密夸克物质的纵向流体力学演化要强于横向演 化。因此，在模型中组合规则是建立在纵向快度轴，同时，与g r e c o s 模型类似 2 0 】，通 过限定夸克和反夸克的最大横向动量差来满足横向的近关联。在我们的模型中，带有奇异 性抑制的s u ，( 3 ) 对称性在直生强子多重数中也同时满足；通过应用p h t h i a 的衰变程序， 共振态的衰变贡献也被系统考虑。我们已经发展了一套完整的m o n t ec a r l o 方法来系统研 究重离子碰撞中的各种强子的产额及其动量谱。 山东夸克组合模型主要包括两部分，一是满足快度近关联的夸克组合律，二是强子多 重态的权重，尤其是带自旋抑制的重子多重态的权重。 2 1 夸克组合律 各种强子化模型都要求在相空间临近的夸克满足快度或者动量上的近关联。这种近 关联满足q c d 的基本要求，构成了夸克组合律的基本内容。当夸克的横向动量可以忽略 时，所有的q 和q 就可以在快度上随机排列。当把产生的n 个q 与g 按快度从d , n 大顺 序排列后，如果恰好是以q q ( q q ) 或q q q ( qqq 夕的形式出现时： q qq q qq q qq q ( 1 ) l - 一- - 一_ - 一l 一 根据q c d 的要求，q q 可处于s u ，( 3 ) 的8 重态或者色单态。由于两个粒子的快度之差 是洛仑兹不变量，因此，如果这两个粒子相对运动愈慢、作用时间愈长，总来的及等q 、 g 处于色单态而形成介子。同理，q q 可处于s u ，( 3 ) 的六重态或者3 态，如果在快度上与 q q 相邻的是个q ，快度近关联是q q 处于3 态先形成双夸克，再与q 处于色单态形成重子。 如果相邻的是g ，由于色单态的引力是3 态的两倍，q q 将会结合以形成介子而留下一 个q 。我们的组合模型是基于以上q c d 要求的，夸克组合律要求： ( 1 ) 把n 个q 与g 按快度从小到大顺序排列，第一个部分子可以是q 或者是口。 ( 2 ) ( 3 ) 如果队列里的第二个部分子与第一个部分子不同，也就是前两个部分子是q g 或者 是q q ，它们就组合为介子，并从队列里边移走，再回到( 1 ) 。否则，如果前两个部 分子是q q 或者是gq ，就转到( 3 ) 。 如果第三个部分子与第一个部分子不同，则第一个部分子和第三个部分子就组成一 4 个介子，并从队列里移走，回到( 1 ) 。否则，前三个部分子就组合成一个重子或者 反重子，并从队列里移走，回到( 1 ) 。 这里给出一个例子，部分子按照快度大小如下排列，它们组合为强子的情况如下： g lq2g3g4q5 q 6q7 q s q 9 q l oql lq 1 2q 1 3q 1 4q1 5q 1 6q 1 7q1 8q1 9q2 0 专m ( q l q ：) 否( 一q 3 一q 。一q ，) m ( 吼虿，) b ( q 。q 9 q l 。) m ( q q ：) m ( q 。，一q 。，) b ( q 1 4q 1 6 q 1 7 ) 召( 窖1 8 9 1 9 9 2 0j 现以b 表示n 对夸克组成的重子数，m 表示组成的介子数，在全面的数学推导中即可 发现，组合律在任何情况总是会满足： n = m + 3 b ( 2 ) 2 2 强子多重态的权重与s u ，( 3 ) 对称性 强子化是一种由非微扰量子色动力学( q c d ) 支配的强相互作用过程。根据q c d 的基本理 论，强相互作用与夸克味道无关，因此在强子化前后味道必须守恒，这是强子化过程的一 个基本性质。另外，从重子产生中测得的奇异抑制因子旯。同介子中测得的一致 2 1 】，表明 直接产生的强子都有带旯。抑制的s u ，( 3 ) 对称性。在这里，带兄，抑制的s u ，( 3 ) 对称是指同 _ j e c 多重态的重子或介子除去z 因子之后( 厂是该重子或介子的味道成分中所含奇异夸 克和奇异反夸克的数目) ，其产生率相同。 在强子化的夸克随机组合图象中，重子是由三个夸克随机组合产生的。对于三个夸克 的各种味道的组合见表l 的第一列，其相应的组合权重为表l 的第二列所示。三个夸克强 子化之后，则成为含有该味道成分的各种s u ，( 3 ) 对称的重子多重态，其权重列于表1 的第 三列中。这里把十重态基态重子和八重态基态重子分别记作1 0 和8 ，我们这里不考虑十 重态和八重态激发态，单态都是激发态，记作1 ，其相应的产生权重记为只。，只和只。 例如，表l 最后一行中味道成分为u d s 的三夸克组合，共有31 = 6 种随机组合产生途径。 在通过q c d 真空激发产生时，s 夸克质量大于甜和d 的质量，其产生率就受到a 。倍抑制， 因此它们的总权重为6 五。这种组合所产生的重子，必须包括具有u d s 成分的所有s u ，( 3 ) 多重成员，既包括1 0 中的 ，也包括8 中的同位旋i = 0 和1 的两个成员人和o ， 还包括l 中的a ( 1 5 2 0 ) ，它们都因含有一个j 夸克，产生权重受到了a 。的相对抑制， 所以，对应的各种重子多重态的产生总权重为( 最。+ 2 b + e ) 丑。 表1 ：重子多重态权重和夸克组合权重 味道成分组合权重重子多重态权重 p r o ”“l p r o d d d1 麓p 。鬈 s s s p l q + p s u u d 3 3 乃( p t o + p 8 ) 五 u _ u s p l o + p 8 d d u3 3 丑( p l o + p 8 ) 以 d d s 3 9( p l o + 仇) 麓 u s s 3 z( p l o + p 8 ) 麓 d s s u d s 6 以( p l o + 2 p 3 + p n ) 五 因为强子化过程中味道守恒，这两组权重之间只能相差一个共同的比例因子。因而我们得 到各类重子产生权重的一组基本关系， p1 0p 1 - 一 ( 3 ) p8 2 p1 0 它表明只有在重子的随机组合产生机制中，强子化过程中的味道守恒的要求才能与 直接产生的重子具有奇异抑制s u ，( 3 ) 的对称完全自洽，并统一给出重子的产生规 律。 从以上处理过程可以看出，在应用夸克组合模型时需要以下几个量作为输入： 新生夸克反夸克数 。烈 奇异性抑制因子五。 净夸克和新生夸克的动量分布 夸克组合生成的直生强子特别是那些寿命较短的共振态粒子，将会进一步衰变，考虑 6 到所有末态强子衰变后，我们就可以与实验结果进行比较。 7 第三章p b + p b 碰撞中强子动量谱的研究 高能核核碰撞中，大量的能量被沉积在碰撞区中，用于从真空中激发出大量的新生夸 克和反夸克。接下来，由这些新生夸克构成的热密夸克物质进行流体动力学演化，一直演 化到强子化。来自碰撞核的净夸克携带了一部分碰撞能量，所以它们的演化与新生夸克不 同。一部分净夸克被阻止在热密夸克物质中与热密夸克物质一起强子化，还有另一部分净 夸克穿过热密夸克物质，跑到向前快度区。这部分净夸克和- d , 部分新生夸克就构成了领 头火球。它们的强子化应该比有一个长的演化时期的热密夸克物质的早，强子化后的结果 是一些核子与少量介子。 夸克组合模型仅仅模拟了热密夸克物质的强子化和接下来的共振衰变，并没有涉及 碰撞早期的部分子多重散射、以及热密部分子系统在强子化前的演化过程。一个输入量是 强子化时夸克和反夸克的动量分布，这是流体动力学在部分子相演化的结果。 3 1 强子的快度谱 在高能重离子碰撞中，净重子的快度分布反映了参与碰撞核子的能量损失。用来从 真空激发新生夸克的有效能应该是从总的碰撞能量减掉净夸克所携带的能量以后剩 余的那一部分，在这一章中，我们发现并不是所有的净夸克都转变成了净重子，有一部分 参与介子产生。在整个快度上总的净夸克数目为3 倍的删。 要计算末态各种强子的快度分布，首先我们得知道强子化前的各种夸克的快度分布。 在高能核核碰撞中，由于巨大的能量被阻塞在碰撞区，激发出大量的新生部分子，大部分 子系统演化至强子化时刻，系统自由度由带有集体流的有效组分夸克来体现。由碰撞核带 来的净夸克，携带有一定比例的初始碰撞能量，他们的演化与碰撞区激发的新生夸克有明 显的不同，一部分滞留在热密夸克物质中并于之一同演化并强子化；另一部分穿出热密夸 克物质，跑到向前快度区，这两团冷物质，主要成分为净夸克和其碎裂出的少量新生夸克， 其强子化时间要比中间夸克区上的热密夸克物质早得多，因此要区别对待。热密夸克物质 中的净夸克的快度分布通过拟合实验上测到的净重子快度分布得到。由于核一核碰撞的透明 性，t o ps p s 能量下的净夸克快度分布的形状是双峰结构。净夸克数目为1 0 8 0 。从净重子 的快度分布可以看到 2 2 1 ，t o ps p s 能量下的核核碰撞穿透性不是很强，因此领头粒子效 应很小，对我们所关注的奇异强子的影响相当小，忽略不计。 相对论流体动力学模型在描写热密夸克物质的时空演化上是非常成功的 2 3 ，2 4 ，在 工作 2 5 】中，我们用一个类高斯夸克快度谱分布成功的解释了a u + a u 碰撞中带电粒子赝快 度分布随碰撞中心度和能量的依赖关系，发现：p i o n 介子和k a o n 介子的快度分布并不能被 同一个夸克快度分布描述，这可能是因为奇异夸克的纵向演化( 由于质量较大) 与新生轻 夸克不一样导致的。因此在这里我们进一步将其在快度区上分开，我们从末态强子7 一，七一 8 中提取出新生轻夸克和奇异夸克的快度谱【2 6 】，热密夸克物质中净夸克的快度分布从净质 子的快度分布中提取出来【2 7 】。结果如图1 图1 ：t o ps p s 能量下中心p b + p b 碰撞中强子化前净夸克和新生夸克的快度谱。 以抽取到的净夸克和新生夸克的快度谱为输入，我们便可得到各种强子在快度上的性 质了。首先我们计算了各种强子的产额。如表2 所示： 表2 ：t o ps p s 能量下p b + p b 碰撞的各种强子的产额和在中间快度的快度密度。第一 项误差是统计误差，第二项误差是系统误差。数据来自文献 2 6 ，2 8 ，2 9 ，3 0 ，3 1 ，3 2 1 。 y i e l d d n 万l y = o d a t am o d e id a t am o d e l r +6 1 9 士l7 3 l5 6 61 7 0 1 士o 7 91 6 8 2 l -6 3 9 士1 7 士3 16 3 01 7 5 4 士0 7 91 8 3 5 1 0 3 54 - 59 2 52 9 5 o 3 士1 5 2 7 3 f51 9 士1 6 士3 4 5 31 6 8 o 2 士o 81 5 7 硭 7 54 - 46 6 72 6 0 1 7 土2 6 2 0 7 咖8 4 64 - 0 3 8 士0 3 3 1 5 22 4 4 0 1 士o 0 85 2 6 p1 2 0 2 9 6 o 9 士2 9