（理论物理专业论文）强子物质中重子诱导xcj离解截面的研究.pdf

蜷 硕士学位论文 1 c i i r c i i i f s l s 等离子体信号的贡献是非常必要的。基于g l a u b e r 模型讨论在强子层次j / t 压 低机制的工作很多， 所得的结果也不尽相同。 但是强子环境中的核吸收和同行 粒子对j / w 的相互作用机制结合起来仍不能解释p b - p b 碰撞过程中j / iv 的反常 压低， 也就是说需要引入新的机制， 这可能预示着夸克一胶子等离子体的形成。 我们知道，实验观测得到的是瞬态j / v 产生，即包含有直接j / w 的产生、 柯和x 。 的 衰变贡献。 一旦计算出 直 接 9a偶素的 产额分 布， 就可以 知 道瞬时 j / 平 的产额分布。 在高能核一核相互作用中，由于部分子间的短程散射过程诱 导产生。 c 对，这些类点c 。 对形成后， 离解的原因有来自 于部分子的作用，也 有 来自 于 末态 强 子 物 质的 诱导。 末 态 强子 物质中 的 分 解不 仅 包 含介 子的 贡 献， 也应包含重子引起c c 离解的贡献。 ( 本文在认为有夸克禁闭的组分夸 克交换模型下， 采用能反应量子色动力学 渐近自由性质的非相对论势 b u c h m u l l e r - t y e势描述夸克之间的相互作用，它 包含类库仑作用、 囚禁作用和源于圈图修正的贡献。 介子和重子波函数是轨道、 颜色、自旋和味道波函数的卷积。用解析方法给出不变矩阵元，采用 m o n t e - c a r l o 模拟 计算了 强 子 物 质中 重 子 诱导x a 离 解的 截面， 给出了 截面 对 x j 和重 子的 质 心系 能 量的 依 赖 关系 。 在吸 热反 应的 闽 能 处， 出 射 粒子的 相对 动量以 及截面均为零。 在放热反应的阐能处， 入射粒子的相对动量为零， 截面 趋于 无穷 大。 由 于强 子的 动 量仅 提 供 如 此低的 质心 系能 量， 强子 物 质中x a 的 离 解 截 面 是 很 重要的 。x cj 离 解 截面 及 其 对能 量的 依 赖关 系 直 接 关联 着实 验 上 直 接 测 量的j / v r 瞬 态 产 物。h e r a - b 合 作组正 在 测量的 在p - a 碰 撞中x a 的 压 低，以 及在r h i c和未来的a l i c e核一 核碰撞实验中 均可检验我们这些新截 面的正确性。 硕士学位论文 n i wl 下 r s i i i l s l s 关键词:高能 核一 核 碰撞;夸克 一 胶子等离子体;v偶素压低; 强子物质 x , a截 面 ; 夸克交换模型 硕士学位论文 s t 人 s i t r s 川 i s i s a b s tr a c t o n e o f i m p o rt a n t p u r p o s e s o f h i g h - e n e r g y h e a v y i o n p h y s i c s i s t o s t u d y s t r o n g l y i n t e r a c t i n g d y n a m i c s i n h i g h e n e r g y d e n s i t y a n d h i g h t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t . q u a n t u m c h r o m o d a y n a m i c s p r e d i c t s t h a t a t h i g h t e m p e r a t u r e a n d h i g h d e n s i t y a d e c o n f i n e d p h a s e fr o m h a d r o n i c m a tt e r t o q u a r k - g l u o n p l as m a w i l l o c c u r . t h e r e a r e m a n y w a y s t o d i a g n o s e s i g n a l f o r q u a r k - g l u o n p l a s m a , s u c h as d i r e c t p h o t o n , d i l e p t o n e n h a n c e m e n t , s t r a n g e n e s s e n h a n c e m e n t , j / tv s u p p r e s s i o n a n d s o o n . t h e h u g e e n e r g y - m o m e n t u m o f p a rt i c l e s c a n b e t r a n s f o r m e d i n t o t h e r m a l e n e r g y b y a c c e l e r a t o r e x p e r i m e n t a t h i g h e n e r g y t o s t u d y p e r t u r b a t i v e v a c u u m o f q u a n t u m c h r o m o d y n a m i c s a n d d e t e r m in e t h e s i g n a l o f q u a r k - g l u o n p l a s m a . t h e r e f o r e i n t e r m s o f r e l a t iv i s t ic h e a v y i o n c o l l i s i o n s it i s p o s s i b l e f o r q u a r k a n d g l u o n t o d e c o n f i n e i n w i d e r r a n g e a n d f o r m q u a r k - g l u o n p l as m a . t h e i n i t i a l c o n s id e r a t i o n o f j / w s u p p r e s s i o n i n d e c o n f i n e d me d iu m i s b as e d o n c o l o r s c r e e n i n g . t h e r a d i u s o f c o l o r s c r e e n i n g i n m e d i u m i s i n i n v e r s e p r o p o rt i o n t o t h e d e n s i t y o f c o l o r c h a r g e a n d e n e r g y . wh e n t h e r a d iu s o f c o l o r s c r e e n i n g i s s m a l l e r t h a n t h a t o f r e s o n a n c e s t a t e , s t r o n g i n t e r a c t i o n w i l l d e c r e as e s h a r p l y a n d b o u n d s t a t e s c a n t e x i s t . t h e a p p e a r a n c e o f j / i v s u p p r e s s i o n i n s p i r e s a n d a t t r a c t s g r e a t a tt e n t i o n . t h e i n v a r i a n t m ass s p e c t r u m o f d i m u o n s c a n b e u s e d t o e x a m i n e t h e s u p p r e s s i o n o f j / w p r o d u c t i o n . j / w c o n s i s t s o f q u a r k a n d a n t i - q u a r k . i t s s i z e i s s m a l l e n o u g h t h a t p e r t u r b a t i v e t h e o ry i s m e a n i n g f u l a n d i s n o t s m a l l e n o u g h t h a t n o n - p e r t u r b a t i v e e ff e c t c a n b e c o m p l e t e l y i g n o r e d . t h e r e f o r e j / w i s t h e b o r d e r g u a r d o f p e r t u r b a t i v e q u a r k a n d g l u o n a n d n o n - p e r tu r b a t i v e h a d r o n . j / w p r o d u c t i o n c a n b e d i v i d e d i n t o t w o 曲as e s : c c p a i r s a r e p r o d u c e d fr o m i n i t i a lp a r t o n s c a tt e ri n g i n n u c l e u s - n u c l e u s 臀 btifi ie. 3c master s i i ifsis c o l l i s i o n , t h e n t h e p r o d u c e d c c p a i r s p r o c e e d t o e v o l v i n g i n t o p h y s i c a l b o u n d s t a t e . t h e f o r m e r i s w it h i n p e r tu r b a t i v e q u a n t u m c h r o m o d y n a m i c s d o m a i n a n d t h e l a tt e r i s w i t h i n n o n - p e r t u r b a t i v e q u a n t u m c h r o m o d y n a m i c s d o m a i n . b e s i d e s t h e f o r m a t i o n o f q u a r k - g l u o n p l a s m a , t h e r e a r e m a n y m e c h a n i s m s i n h a d r o n e n v i r o n m e n t w h i c h l e a d t o j / w s u p p r e s s i o n . t h e r e f o r e i t i s n e c e s s a ry t o s t u d y t h e c o n t r i b u t i o n o f h a d r o n e n v ir o n m e n t t o t h e s u p p r e s s i o n . ma n y w o r k s h a v e s t u d i e d j / w s u p p r e s s i o n i n h a d r o n e n v i r o n m e n t w i t h g l a u b e r m o d e l . b u t t h e c o m b i n a t i o n o f n u c l e u s a b s o r p t i o n a n d c o m o v e r m e c h a n i s m i n h a d r o n e n v i r o n m e n t c a n n o t e x p l a i n t h e a b n o r m a l s u p p r e s s i o n o f j / w p r o d u c t i o n i n p b - p b c o l l i s i o n y e t . a s w e k n o w , t h e e x p e r i m e n t a l l y o b s e r v e d r e s u l t i s t h e p r o m p t j / w p r o d u c t io n , w h i c h i n c l u d e t h e d i r e c t j / w p r o d u c t i o n , t h e d e c a y o f y / a n d t h e r a d i a t iv e f e e d o w n o f x ,. o n c e t h e d i r e c t c h a r m o n i u m p r o d u c t i o n i s k n o w n , t h e p r o m p t j / w p r o d u c t i o n c a n b e c a lc u l a t e d . i n h i g h e n e r g y n u c l e u s - n u c l e u s c o l l i s o n s , c c p a i r s a r e p r o d u c e d t h r o u g h s h o rt - d i s t a n c e s c a tt e r i n g p r o c e s s a m o n g p a r to n s . a ft e r t h e p o i n t - l i k e c c p a ir s f o r m , t h e y c a n b e d i s s o c i a t e d b y p a rt o n i c a n d f i n a l h a d r o n i c m a tt e r . n o t o n l y m e s o n s b u t a l s o b a r y o n s i n f in a l h a r o n i c m a tt e r c o n t r i b u t e t o t h e d i s s o c i a t i o n o f c c . we u s e t h e c o n s t it u e n t e x c h a n g e m o d e l a t q u a r k l e v e l i n c o r p o r a t i n g q u a r k c o n f i n e m e n t t o c a l c u l a t e t h e x . d i s s o c i a t i o n c r o s s s e c t i o n s i n d u c e d b y b a ry o n s in h a d r o n i c ma tt e r w i t h t h e b u c h m u l l e r - t y e p o t e n t i a l w h i c h e m b o d i e s as y m p t o t i c fr e e c h a r a c t e r o f q u a n t u m c h r o m o d y n a m i c s . t h e i n t e r a c t i n g p o t e n t i a l a m o n g q u a r k s in c l u d e s t h e c o n t r i b u t i o n s o f c o u l o m b - l i k e , c o n f i n e m e n t a n d l o o p - o r i g i n a t i n g c o r r e c t i o n . t h e w a v e f u n c t i o n s d e s c r i b i n g m e s o n a n d b a ry o n a r e c o m p o s e d o f o r b i t a l , c o l o r , s p in a n d fl a v o r . t h e t r a n s i t i o n m a t r i x e l e m e n t s a r e o b t a i n e d勿 硕士学位论文 ma s i i 仪 s川 l s i s a n a l y t i c a l m e t h o d a n d t h e c r o s s s e c t i o n i s g i v e n b y mo n t e - c a r l o s i m u l a t i o n . t h e n t h e d e p e n d e n c e s o f t h e c r o s s s e c t i o n o n t h e c e n t e r - o f - m as s e n e r g y o f x , a n d b a r y o n a r e g i v e n i n t h e w o r k . t h e r e l a t i v e m o m e n t u m o f t w o f i n a l p a rt i c l e s a n d t h e c r o s s s e c t i o n a r e z e r o a t t h e t h r e s h o l d e n e r g y f o r a n e n d o t h e r m i c r e a c t i o n , w h i l e t h e r e l a t i v e m o m e n t u m o f t w o i n i t i a l p a r t i c l e s i s z e r o a n d t h e c r o s s s e c t i o n a t t h e t h r e s h o l d e n e r g y f o r a n e x o t h e r m i c r e a c t i o n i s i n f i n i t e . t h e c r o s s s e c t i o n s a r e v e ry i m p o rt a n t f o r t h e d i s s o c i a t i o n o f x , i n h a d r o n i c m a tt e r s i n c e h a d r o n m o m e n t u m j u s t o ff e r s u c h l o w c e n t e r - o f - m a s s e n e r g y . t h e r e s u l t h a s d ir e c t r e l a t i o n w it h p r o m p t j / w p r o d u c t i o n m e a s u r e d b y e x p e r i m e n t s d i r e c t l y . t h e a c c u r a c y o f o u r n e w c r o s s s e c t i o n s w i l l b e e x a m i n e d b y t h e x u s u p p r e s s i o n i n p - a c o l l i s i o n , w h i c h i s b e in g m e as u r e d b y t h e h e r a - b c o l l a b o r a t i o n . f u r t h e r m o r e r h i c a n d f u t u r e a l i c e e x p e r i m e n t s w i l l e x a m i n e o u r r e s u l t . k e y w o r d s :h i g h e n e r g y n u c l e u s - n u c l e u s c o l l i s i o n :q u a r k - g l u o n p l a s m a ; c h a r m o n i u m s u p p r e s s i o n ; h a d r o n i c m a tt e r ; x , d i s s o c i a t i o n c r o s s s e c t i o n ; c o n s t i t u e n t e x c h a n g e m o d e l 硕士学位论文 n 1 a s t e a s t h e s i s 第一章引言 人们普遍认为， 强相互作用物理学是由 量子色动力学( q c d ) 的 理论来描 述i l l ， 在这个理论中涉及的场是与夸克和胶子相联系的 夸克 场和胶子场， 夸克 场和胶子场的场量子就是夸克和胶子， 它们是量子色动力学的 基本粒子。 量子 色动力学预言在能量密度很高时，强子物质会发生相变成为夸克一 胶子等离子 体 ( q g p ) 。 在实 验上， 人 们可以 通 过 相 对论 性重离 子 碰撞 把巨 大的 动能 转 化 为热能，来研究量子色动力学的微扰真空及其所预言的夸克一 胶子等离子体， 从而能对核物质的相变有一个透彻的理解， 这是核物理学、 天文物理学、 宇宙 学 和粒子物理学 共同 关心的 重要课 题 1 2 1 。 相对论 性重离 子 碰撞实 验是 用高能 加 速器把重离子加速到很高能量并实现重离子与重离子的碰撞， 从而有可能在一 个相对较大的 范围内 解除 夸克、 胶子的 禁闭， 形 成q g p o 相对论性重离子碰撞实验从 1 9 8 6 年以 来已陆续获得了大量的实验数据， 而且更大的加速器正在筹建之中。 有关相对论重离子碰撞的加速器发展的概况 如下: * 1 9 8 6 年， b n l / a g s 把2 8 s i 加速到1 4 .6 a g e v 0 1 9 8 6 年， c e r n / s p s 把 6 o分别加速到6 0 a g e v和2 0 0 a g e v . 1 9 8 7 把3 2 s 加速到2 0 0 a g e v . . 1 9 9 2 年， a g s 把 9 7 a , 加速到1 0 . 7 a g e v 1 9 9 5 年， s p s 把2 0 s p b加速到1 5 8 a g e v . o 2 0 0 0 年美国b r o o k h a v e n / r h i c 实现每对核子质心系能量石= 1 3 0 g e v的 1 9 7 a u +1 9 7 a u 的对撞 2 0 0 1 年实 现石= 2 0 0 g e v的9 7 a u + 19 7 a u 的 对 撞 . 硕士学位论文 m a s i 王 r s 1 1 i bi s .c e r n / l h c预 计 将 在2 0 0 6 年实 现每 对 核 子 质心 系 能 量石= 5 .5 t e v的 2 o 8 p b + 2 o p b 对撞. 上述加速器上已经有许多不同实验组的探测器对相对论重离子碰撞进行了细 致的研究或正在研制新一代探测器进行新的实验探测。目 前相对论重离子碰撞 的研究已 积累了大量实验数据， 而且将要获得更多的数据。以高能和重核对撞 为其特色的b n l / r h i c和c e r n / l h c加速器实验极大地带动了重离子物理的 理论研究。 人们寄希望于r h i c能区和l h c能区 进一步探讨和验证q g p 信号 存在与否。从根本上检验量子色动力学的理论预言。 在高能重核碰撞下产生的物质可能会短暂地离开强子相进入到夸克一胶 子等离子体相， 然后随着物质的冷却又返回到强子相，以强子的形式出现。当 物质处在夸克一胶子等离子体相时， 来自 于等离子体组分之间相互作用产生的 粒子会携带有关等离子体相的信息。 因此， 探测这些相互作用的产物将是诊断 等离子体的有效方法。 人们通常认为， 还没有一种能够明确地确定夸克一胶子等离子体相的唯一 信号， 人们能够做到的是通过分析积累的数据得到夸克一胶子等离子体相存在 的证据。 用以寻找夸克一胶子等离子体的可能信号一般有: 1 . 双轻子产率一轻 子携带有它产生时刻物质的热力学状态的信息; 2 . j / y r 产额的 压低一研究由 于 q g p 引 起的d e b y e 屏蔽的 效 应怎 样导致一个j / w 粒 子的 离解; 3 . 直接光子的 产 率一携带有它产生时刻物质的热力学状态的 信息， 而且它是探察在碰撞过程中 系统的状态的电 磁探针; 4 . h b t ( h a n b u ry - b r o w n - t w i s s ) 效应一研究在反应过 程后期粒子发射源的时空范围:5奇异性增强 一如果达到化学平衡和热平衡， k 介子相对于二 介子的 产额有一个更快的增加。 尽管j / w 压低， 奇异粒子产额 增加等实验现象都可以 用夸克胶子等离子体的形成来解释， 但是并不能就此断 言有关的核一 核碰撞中 形成了q g p 。 原因是除了 夸克一 胶子等离子体的形成之 外， 强子环境中也存在各种机制可以导致上述现象发生， 因此为了最终确定这 些可能的q g p 信号是 否 真正 证明了q g p 的 形 成， 研究强 子环境中 各种机制对 可能的q g p 信号的 贡献是非常必要的。 硕士学位论文 r l a 4 t f r s ni e s i s 由于相互作用的祸合常数依赖于具体的相互作用情况， 因而对夸克和胶子 系统的研究分属于微扰q c d和非微扰q c d的范畴。 研究夸克物质的 新相是非 微扰q c d中的一个问 题，因为它要涉及到在一个大的空间范围内去描述这个 系统。 虽然目 前 对微 扰q c d的 研究方 法已 有 长 足的 发 展， 但要得到非 微扰q c d 问 题的解析的 或数值的解仍然是相当困 难的。 j / 平 是一个特殊的 物体。 它由 夸 克和反夸克组成， 它的尺寸足够小从而微扰理论有意义，j / t 性质和衰变的描 述是微扰q c d 成功应用的首范。 但是j / w 的尺寸又没小到非微扰效应完全可以 忽略的程度。 假如提供有关q c 。 真空中 软胶子场强度的信息7 ， 就可以 用系统 的方法分析j / u r 。 因 此j / w 介于微扰的夸克和胶子以 及非微扰的强子之间。 当 真空结构在高能核一 核碰撞中被极端地干扰时，当软的无色的强子被产生的 大 量带色的胶子和夸克干涉时，j / w 是第一批遇难者。而且，j / air 在碰撞后期不 容易重新产生， 它们的消失呈现在双轻子谱中。因 此， j / w 在诊断热密q c d 物 质中扮演着一个重要的角色。 本文第二章介绍了高温和高重子密度的夸克一 胶子等离子体。 第三章讨论 了强子环境下j / 4 r 产额的压低对实验数据结果的拟合程度。 第四章介绍了一个 描述q g p 环境中j / w 产生和吸收的 理论模型。 第五 章计算了 强子 物质中 重 子 诱导的j / w 的激发态x j 的离解截面。最后给出结论和讨论。 硕士学位论文 n 1 入 s r r a s n i e s i s 第二章 夸克一 胶子等离子体 在这一章中我们将采用袋模型来讨论在异常高温和高密度情况下的夸克 和胶子系统。 ; 2 . ， 强子的袋模型 在实验中目 前还未分离出任何一个单个的夸克， 这使得人们认为夸克在强 子中的大空间范围内的行为可以描述为是囚禁在强子内。 夸克与反夸克对总是 成对地产生，要把一个夸克和它的反夸克分开是不可能的。当 人们考虑 q c d 的长程行为时也称这种夸克的囚禁为夸克的 “ 红外奴役” 。这里 “ 红外”一词 来源于同光学的类比， 在红外区的波长大于可见光谱的波长， 我们用这个词来 表示涉及大的空间距离或小的动量转移的情况。同样，人们习惯用 “ 紫外”来 表示涉及短距离范围或大动量转移的情况。 由于夸克被囚禁于强子之内， 因而袋模型是一种适合于描述强子内夸克的 唯象模型。 然而这种模型有很多不同的版本，其中一种所谓的m i t袋模型14 1 包括了夸克囚禁的基本特征，我们将采用这种模型去考察在新的夸克物质相 中，夸克如何被解除禁闭。 在mi t 袋模型中， 夸克被视为在袋内的有限范围内是无质量的粒子， 而在 袋外具有无限大的质量， 由 于径向向 心的袋压力b平衡了夸克动能所引起的压 力， 从而导致夸克囚禁的结果， 并且如果夸克囚禁于袋中， 则胶子也应囚禁在 袋中。 在这里袋压力b是考虑到q c d的非微扰效应而引入的一个唯象的量。 根据高斯定律，袋中物质的色荷之和应为零，即是无色的。由于存在三种不同 的 色 ， 所以 由 袋 模型 可以 推 知 ， 可 能 的 强 子 袋 应该 包 括 无 色 的9 9 9 态 和西态. 硕士学位论文 m a s t e r s i i i r s i s 我们可以通过考察一个半径为r的球形空腔， 来估算袋压力的大小。对于 一个袋中有n个夸克的系统， 囚禁夸克的总动能与r成反比， 即随袋半径的增 加而减小。 在袋模型中， 囚禁的非微扰效应被唯象地表示为存在一个由袋外区 域指向袋内区域的径向压力b ，这导致袋内“ 真空”的能量密度高于袋外的能 量密度。 n个囚禁在半径为r的袋内的夸克系统的能量为 e 二 2 .0 些 n( 2 . 1 ) 我们看到由于夸克的动能而使袋半径增加的趋势由袋外指向袋内的压力 b所抵消，这样系统平衡时的半径由d e / d r 二0确定，由此可以导出袋压力常 量b同半径的关系为 b v 4 = / _1r ( 2 . 2 ) 如果我们将一个三夸克的重子系统的囚禁半径取为 0 .8 f m，则可得到袋压力常 数为 b 1 4 =2 0 6 me v( 2 . 3 ) 这个袋压力b u 4 的值介于1 4 5 m e v i5 l 与2 3 5 m e v i6 之间。 如果增大袋内夸克物质的压力，向外的压力必然会大于向内的压力。当这 种情况发生时， 袋压力将不能平衡向外的夸克物质的压力， 因而也就再无法将 夸克囚禁于袋中。这样就可能存在一种由退禁闭的夸克和胶子组成的新物质 相，而产生新的夸克物质相的重要条件是系统具有超过袋压力b的压力。 大的夸克物质压力在下面两种情况下会出现:( 1 ) 物质有很高的 温度， 或 ( 2 ) 重子数密度很大。 如果这两个条件之一得以实现， 就可能产生新的夸克 物质相。我们将分别讨论这两种极端的情况。 2 . 2 高温下的夸克一胶子等离子体 我们考虑一个在高温 t 下处于热平衡的夸克一胶子等离子系统， 其体积为 v o为简单起见，假设夸克间、夸克和胶子间没有相互作用;夸克和胶子的质 硕士学位论文 master s i i i e s i s 馨一 量为零; 系统的重子数为零， 从而系统中夸克的数目 等于反夸克的数目。 这是 一个理想的夸克一胶子等离子体。 首先求相对论无质量的夸克气体在温度 t时的压力。在确定的温度 t下， 并不是所有的态都被占 据， 动量为p的态被占 据的 几率由 温度为t 时的费米一 狄拉克分布给出。 在体积v 内， 动量p 在如范围内的夸克数为 g . v 4 7cp d p , 1 a n= 1 一 一 一 - 下 二一 万. , t t ( 2 ) r ) 1 + 扩 “ 一 ， ( 2 . 4 ) 其 中 大 括 号内 的 因 子 是 费 米 一 狄 拉 克 分 布， n ; 是 夸 克 的 化 学 势 ， g ; 二 n n , n f 是夸克的简并度。 因为反夸克的出现对应处于负能态夸克的缺少 况， 夸克的 数密 度同 反 夸 克 数密 度 相同。 令p y = o l 统内的无质量夸克的能量是 ，因而对我们所考虑的情 在体积为v 温度为t 的系 _g . v 乙= - ， - ， 二 2 ) r p s d p 影 t 41 4 嚓 (- l (n + ly g 4 v t 4 ( 2 . 5 ) 对于无质量的费米子和玻色子， 在相对论情况下压力尸同能量密度e / v 的关系 为 ( 2 . 6 ) 因而由夸克产生的压力为 。 二 晋 g 9 奈4 ( 2 . 7 ) 同理，由反夸克产生的压力为 一- 一一一一 硕士学位论文 m a s t f a s t i l s i s 。 = _7 、 歌 ( 2 . 8 ) 因此，温度为t的夸克一反夸克气体的压力为 p v + p -一 晋 (g , 、 、)釜 t ( 2 . 9 ) 夸克及反夸克的数密度为 n . = ， ; 一 g q. z 兀 0 p 2 d p l +e 0 i t ( 2 . 1 0 ) 在研究夸克一胶子等离子时， 对夸克和反夸克密度的大小有一个大致的概念是 很有用的。 在温度为2 0 0 m e v时， 对具有三种味道可视为无质量自 由 夸克气体 的夸克一 胶子等离子体，由 方程( 2 . 1 0 ) 可得 n 9 二 n - 一 1 .7 1 / f n ( 2 . 1 1 ) 下一步我们将计算温度为t时由 胶子产生的压力。 在体积为v ,温度为t 的系统内胶子的能量为 e r -三 9 2 7r 2 ; g o v ( 2 . 1 2 ) 其中 括 号内 的 项 是玻 色 子 的 玻 色一 爱 因 斯坦 分 布， g 4 是 胶子的 简 并 度。 胶子的能量为 9 . v - y 产额压低的机制 3 .2 . 1 j / w 的核吸收机制 基于对强子一强子碰撞中j / w 产生的研究，目前人们认为j / v 的产生可分 成两个阶段:入射强子和靶强子先通过部分子过程产生c c 对，然后c c 对再演 化为物理的j / w 束缚态。 在核一核碰撞中，由于靶核中有许多核子，入射强子 与靶核中的某一个核子碰撞产生c c 对之后，在c c 对演化为 j / v 束缚态前后的 过程中， 只有在c c 对 ( 己经形成或没有形成j / w) 还没有飞出靶核， 那么c c 对 将会与靶核的其它核子发生碰撞从而导致如下破坏c c 对的过程 c c+ n -* d + d + n 因此平均到每一次入射强子与靶核子碰撞， j / w的产额会低于一个入射强子与 一个自由核子碰撞的产额，即引起j / iv 产额的压低。 描述在强子一核与核一核碰撞中j / w 产生和被靶核核子吸收的过程， 最简 单的是采用关于多次碰撞过程的g l a u b e r 模型7 , 8 1 。 在没有j / iv 的核吸收时， 考 虑入射核b 与靶核a 的碰撞过程。 图3 . 3 是射弹核b 与靶核a 以碰撞参量b 碰 撞。 减d z z 图3 .3碰撞参量为b 时入射核b同靶核a的碰撞. 硕士学位论文 ma s t r a s ni l s i s 在碰撞参数b 时发生重子一 重子非弹碰撞为n 次的几率为 ， ”，= ab) t (b)二 ，一 t (b), jnl” 一” ( 3 . 1 ) 其中口 二 是非弹碰撞截面。 在 a b 碰撞中碰撞参数为b 时，发生一个非弹事例的总几率是 尸 (卜 ab 尸 (一 )_ b (a b it (b)a , l 0 g_ nn，一 t (b)a,1一 ( 3 . 2 ) 因此在碰撞参数b 处产生j / w的总几率为 p , ,b (b ) = y ab卜 ) ,n,nr 1一 t (b), - 1a8-nj, jw ( 3 . 3 ) 其中 的 t ( b ) 称 为 核 一 核 碰 撞的 厚 度函 数， 定 义 为 : t (b ) 一 j p a (b a , z a )d b a dz a i p b (b b , z b )d b b d - b i 9 (b 一 b ， 一 b b ( 3 . 4 ) 其中p a , p ， 是单核子密度分布。( 3 .3 ) 式右边第一个因子是从两个核中共a b 种核子一 核子相遇方法中找出n 次碰撞的 组合数， 第二个因子是发生n 次核子 一核子碰撞的几率，而第三个因子是有a b - n 次没有发生碰撞的几率。 在 一 般 情 况 下 ， 由 于 核 子一 核 子 碰 撞中j / ; 的 产 生 截 面。 律是 在1 0 - 0 c m , 即 1 0 - f m l 的 量 级a1 ， 而t ( b ) 是在1 / ( 1 0 o f . 2) 1111 的 量级， 所以( 3 . 4 ) 式中的 t 伪 卜 粼 引， 因 而n = 1 的 项 是 最 主 要 的 . n 1 的 项 事 实 上 表 示 多 次 碰 撞 产 生 j / v 过程的贡献， 可以忽略不计. 因此， 核一 核碰撞中产生 j / w 的几率近 似为 p ,(b ) = a b t (b ) ,n , ,j (3 . 5 ) 上述几率对碰撞参数积分即可得到j / w 的产生截面 硕士学位论文 n 1 9 s i 下r s n l e s f s 碟(b ) 一 f d b p ; ;, (b ) 一 ， b , ,a,b,w f d b f lp a (b a , z a ) b a d z .1i p b (b b z a ) b b w f d b , f d z a p a (b a , z a ) e x p 一 (a 一 ，) f “ .ip a b a iz a / abs l ( 3 . 8 ) 这里。 。 。 ， 是j / w( 或其前身。 。 对) 与核子相互作用从而破坏了j / w 的 截面.由 于 从c c 对的 产生 到c c 对 演化 称为 物 理的j / w 束缚 态是 一 个非 微 扰的 过 程，目 前人们对此过程并不恨清楚。 因此， 在模型中吸收截面是作为参数引入的。引 入因子a - 1 是因为排除了产生j / w 的核子和j / w 粒子发生相互作用的情形。因 此p - a 碰撞中的j / w 的产生截面和n - n 碰撞中j / w 的产生截面的比 值为: ， 体 f dz a p a (b a z a p x p 一 (a 一 1) f dz a p a (b a i z a / abs (3 . 9 ) 由于j / 平 的吸收截面很小，上式又可以近似写成 侧a e一 l p o a ( 3 . 1 0 ) 丛碟 其中，p 。 是平均的核密度。 l 是产生的粒子和核子相互作用的有效长度 = 号 .i j d b., (ta (ba )z a ( 3 . 1 1 ) 其中r ， = ro a 3r a = r o a 。 推广到核一 核碰撞中 李 abo v j , 、 a b e 一 w e- - a 嵘 ( 3 . 1 2 ) 硕士学位论文 m a s t e r s i i i b s i s 其中l = l n 十 l b . 朴. 2 .2 j / w 和同 行粒子的相互作用 所谓的同行粒子 ( c o m o v e r ) ， 是指在高能碰撞中产生的一些次级粒子， 主 要是: 介子及一些质量较小的共振态如a 、。 等。 这些粒子伴随着碰撞产生的 j / w 一起飞行， 并且可以 和j / w 发生相互作用导致j / w 粒子的破坏 io . i ll 。比如: j l y r + i r - * d+ d 人们原来设想， 由于强子一核碰撞中产生的同行粒子数目 要比核一核碰撞中的 少，因而预料同行粒子和j / w 相互作用对j / w 压低的贡献只在核一核碰撞中重 要， 而在强子一核碰撞中并不重要。 事实上并非如此 强子一核碰撞中尽管同 行粒子的数目 并不大， 但是和只能在靶核内起作用的核吸收相比， 同行粒子和 j / w 的相互作用时间长，因此对 j / w 压低的贡献也会比较重要。特别当碰撞能 量很高时， 由于产生的j / w 在靶核静止系的速度一般比 较大， 很快飞出了靶核， 核吸收对j / w 压低的贡献较小;与此相对比， 碰撞能量高时产生的同行粒子更 多，因而同行粒子对j / w 压低的贡献更不能忽略。 和前面给出j / w 的 核吸收因子相似，利用g l a u b e r 模型的思想可以按如下 方法给出同行粒子对j / w 压低的贡献因子:在j / w 和同 行粒子伴随飞行时，当 j / w 和同行粒子碰撞时， 就被破坏。所以，j / w 与同行粒子相互作用存活的几 率为: ex p - ) 二 。， ， 。 ，。 ) . 其中的丁 。 是同 行粒 子的 形 成 时间 ;t i 是同 行 粒 子 可以 与j / w 相 互 作用的 有 效 作用时间，当下 : f 时同行粒子已经飞出了碰撞区并且密度变得很小，很难与 j / ， 发 生 碰 撞; v r i 是j / 二 和 同 行 粒 子 之 间 的 相 对 速 度; ri 认分 是 在 特征时 间r 和碰撞参数 b 下的同行粒子密度. 基于g l a u b e r 模型讨论在强子层次j / w 压低机制