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高能反应过程反重子与重子比率 摘要 相对论重离子碰撞实验的目的是探索极端相对论情况下极高温度与能量密度 下核物质通过相变解禁闭形成夸克胶子等离子体( q g p ) 存在的信号。最近r h i c 实 验发现的一些“反常”现象，引起人们的普遍关注。部分子的标准碎裂模型没有 给出自洽的解释，而原来用作解释核核反应的组合模型则能够给出解释。另一方 面，最近p h o b o s 实验组的结果表明，r h i c 重离子碰撞的带电粒子多重数、带 电粒子赝快度分布以及带电粒子平台分布的高度，与e + e 一湮没实验具有相同的行 为。这些实验事实似乎表明两种完全不同的反应，导致多粒子产生的强子化机制 具有某些共同之处。因此发展与完善在e i 湮没过程取得成功的强子化模型，探索 能否推广到相对论重离子碰撞、解释重离子碰撞实验是十分必要的。相对论重离 子碰撞的强子化结果是检验强子化机制的重要途径，强子化机制的研究也能够对 实验做出预言或检验。 “夸克组合”模型( q c m ) 是针对e + e 。湮没发展与逐步完善起来的，其强子 化的基本图像是夸克随机组合过程。对于由大量夸克反夸克( 包括碰撞强子携带的 净味初始夸克) 组成的色单态系统相空问密度非常大，夸克与反夸克( 夸克) 之间不 断的交换颜色发生相互作用，如果它们之间相对速度足够低( 快度上近关联) ，即相 互作用时间足够长，总能够形成色单态形成强子。经过发展完善的夸克组合模型 不仅能够处理新生夸克系统的强子化过程，也能够处理含有入射强子携带净夸克 系统的强子化。该模型直接从夸克层次出发，不需要任何额外假定，利用夸克质 量表示夸克的产生几率，得到的直生介子、重子产生几率是与反应过程无关的普 适质量公式。对于含有初始夸克系统的强子化过程，不仅夸克产生几率与初始夸 克味道和反应能量有关，各种强子产率也与初始夸克味道有关和反应能量有关。 按照这个图像，成功解释了e + e 。湮没过程不同味道j e t 事例领头粒子多重数的差别， 通过比较不同初始夸克i e t 的多重数，对强相互作用味道无关性作出了检验。p p 反应与重离子碰撞过程强子化前的夸克反夸克系统就是这种含有初始净味夸克的 色单态系统，夸克组合模型也适合处理这种系统的强子化过程。 本文首先分析研究了p p 回反应的强子化过程。得到的平均夸克产生几率与具 体反应过程以及具体反应道有关，这种影响在很高能量下仍然比较明显。由此得 到的两种反应末态粒子产率也不完全相同。特别是对于p p 反应，因为入射的质子 携带的都是夸克u d ，使得平均u d 夸克的几率比反夸克- _ 的几率明显高，使得含有 u d 夸克粒子的产率也会提高。本文给出了p p 与p _ 两种反应各种强子的产率，发 现相同味道的强子的产率不再相同。对于p p 反应，本文的结果表明同位旋对称性 不再严格成立。非常有意义的预言是反粒子的产率明显低于相应的粒子的产率， 这与重离子碰撞实验发现的( 动，( b ) c 1 完全吻合。对于末态矿、k t 介子，其多重数 包括了各种衰变贡献，但实验结果仍表明反粒子的产率小于相应粒子的产率，本 文的计算结果基本与实验一致。本文也分析了两种反应中奇异抑制因子随能量的 改变，虽然实验误差比较大，但预言与实验的比较表明，不需要任何额外假定， 结果基本与实验一致。 在此基础上，本文第三章分析与探讨了相对论重离子碰撞强子化过程中反粒 子与粒子的比率。首先利用“夸克组合”( q c m ) 模型得到的各种反强子、强子比 率的普适关系，各种强子的混合比率是由夸克产生几率决定的普适常数，这个预 言得到c e r ns p sr + p b 碰撞实验的证实，表明“夸克组合”至少在这一点上是 合理的。利用夸克组合模型研究相对论重离子碰撞的强子之间的比率，仅需要夸 克、反夸克的平均产生几率，也即新生夸克的数量与入射核子携带的净味夸克的 数量，以及作为产生q o p 信号之一的奇异抑制因子x ，三个基本参数，这些参数目 前理论上不能给出，只能够由实验资料抽出。通过实验数据确定了模型必需的参 数后，得到相对论重离子碰撞强子化过程的平均夸克产生几率同样与入射核子携 带的净味夸克数量以及总的夸克对数有关，进而计算了各种反强子与强予的比率， 与r h i c 的s 4 g - 。= i3 0 g e v 时a ，+ a 碰撞的s t a r 合作组的实验结果比较，表明除了 a a 明显偏离实验结果外，其余的比率都在误差范围内与实验一致。本文还取不 同的奇异抑制因子x 。做了计算，计算结果与实验的比较表明，作为q g p 信号之一 的奇异抑制因子 对正反粒子比率影响不大，或者说正反粒子比率还不能够对奇 异增大做出判断。 虽然夸克组合模型能够解释p p ( - 西反应以及相对论重离子碰撞的粒子比率，但 相对论重离子碰撞的强子化过程这一非常复杂的过程远远没有解决，进一步发展 与完善夸克组合模型，解释与预言r h i c 更多的实验，还要解决许多理论分析问题， 这也是我们进一步探索与研究的问题。 关键词：高能粒子反应，强子化机制，夸克组合模型，反粒子与粒子比率 a n t i b a r y o nt ob a r y o nr a t i o si nh i g he n e r g yr e a c t i o n s a b s t r a c t t h ep u r p o s eo ft h ee x p e r i m e n tp r o g r a mo fr e l a t i v i s t i ch e a v yi o nc o l l i s i o ni st op r o b et h e s i g n a lo fn u c l e a rm a 垃e rf o r m sq u a r k - g l u o np l a s m a ( q g p ) t h r o u g hp h a s e - t r a n s f o r md e c o n f i n ei n e x t r e m e l yh i g ht e m p e r a t u r ea n de n e r g yd e n s i t yi ne x t r e m e l yr e l a t i v i s t i cc o n d i t i o n t h ea n o m a l o u s p h e n o m e n o nr e c e n t l yd i s c o v e r e db yr h i ca t t r a c t sp e o p l e si n t e r e s t s t h es t a n d a r dm o d e jo f p a r t o n f r a g m e n t a t i o nd o e s n tg i v eo u tas e l f - c o n s i s t e n te x p l a n a t i o n ，w h i l et h ec o a l e s c e n c em o d e lw h i c hw a s u s e df o rn u c l e a r - n u c l e a rr e a c t i o nc a ng i v ei t m o r e o v e r , t h er e s u l tf r o mp h o b o sc o l l a b o r a t i o n s h o w st h a tm u l t i p l i e i t y 。f a k er a p i d i t yd i s t r i b u t i o na n dh e i g h to fp l a t f o r md i s t r i b u t i o no ft h ep a r t i c l e s o fr h i ch e a v yi o nc o l l i s i o n ，h a ss i m i l a rb e h a v i o rw i t he * e + a n n i h i l a t i o n i ts e e m st h a tt h e s e e x p e r i m e n t a lf a c t ss h o w st w oe x t r e m e l yd i f f e r e n tr e a c t i o n sh a v es o m ec o m m o nc h a r a c t e r si nt h e m e c h a n i s mo fm u l t i - p a r t i c l ep r o d u c t i o n ，t h e r e f o r e ，i ti sv e r yn e c e s s a r yt oi m p r o v et h eh a d r o n i z a t i o n m o d e lw h i c hi ss u c c e s s f u li n e + e a n n i h i l a t i o n ，p r o b i n gw h e t h e ri tc a nb ee x t e n d e dt or e l a t i v i s t i c h e a v yi o nc o l l i s i o n ，e x p l a i nt h eh e a v yi o nc o l l i s i o ne x p e r i m e n t s t h eh a d r o n i z a t i o nr e s u l to fr h i ci s a ni m p o r t a n tw a yt ot e s tt h em e c h a n i s mo fh a d r o n i z a t i o n t h er e s e a r c ho fi tc a na l s op r e d i c to rt e s t t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t q u a r kc o m b i n a t i o nm o d e l ( q c m ) h a sb e e ng r a d u a l l yi m p r o v e da i m i n ga te + e a n n i h i l a t i o n t h ee l e m e n t a r yp i c t u r eo ft h eh a d r o n i z a t i o np r o c e s si sr a n d o mc o a l e s c e n c ep r o c e s so fq u a r ka n d a n t i q u a r k ( q u a r k ) ，i f t h er e l a t i v es p e e db e t w e e nt h e mi sl o we n o u g h ( w i t hc l o s er a p i d i t y ) ，w h i c hm e a n s t h et i m ef o ri n t e r a c t i o ni sl o n ge n o u g h ，h a d r o n sc a r la l w a y sb ef o r m e d t h ed e v e l o p e dq c mi sa b l et o d e a lw i t hn o to n l yt h eh a d r o n i z a t i o np r o c e s so fn e w l y - p r o d u c e dq u a r ks y s t e m ，b u ta l s ot h e h a d r o n i z a t i o np r o c e s so ft h en e tq u a r k sf r o mt h ei n c i d e n th a d r o n s t h er a t eo fd i r e c t l yp r o d u c e d m e s o n sa n db a r y o n si sa nu n i v e r s a le q u a t i o ni n d e p e n d e n tw i t ht h er e a c t i o np r o c e s s ，f r o mq u a r k l e v e l ，i n d e p e n d e n tf r o ma n ya d d i t i o n a la s s u m p t i o n s ，e x p r e s s i n gt h ep r o d u c t i o nr a t e sw i t ht h em a s s e s o f q u a r k s f o rt h eh a d r o n i z a t i o np r o c e s so f t h es y s t e mw i t hp r i m a r yq u a r k s ，t h ep r o d u c t i o nr a t eo f a l l k i n d so f h a d r o u s ，b e s i d e st h a to f q u a r k s , r e l a t e dt ot h ep r i m a r yq u a r kf l a v o r sa n dr e a c t i o ne n e r g y w i t h t h i sp i c t u r e ，t h ed i f f e r e n c eo fm u l t i p l i c i t i e so fl e a d i n gp a r t i c l e si nd i f f e r e n tf l a v o rj e t - e x a m p l eo ft h e p r o c e s so fe + e a n n i h i l a t i o na n dt h e f l a v o ri n d e p e n d e n c eo fs t r o n g i n t e r a c t i o n i s t e s t e d ，b y c o m p a r i n g t h e m u l t i p l i c i t i e so fd i f f e r e n tp r i m a r yq u a r kj e t q u a r k - a n t i q u a r ks y s t e m b e f o r e h a d r o n i z a t i o no fp pr e a c t i o na n dh e a v yi o n c o l l i s i o ni ss u c hs e l f - c o l o rs y s t e mw i t hp r i m a r y n e t f l a v o rq u a r k s q c mi sa l s os u i t 曲l et od e a lw i t ht h eh a d i o n i z a t i o np r o c e s s e s o f s u c hs y s t e m s t h i sa r t i c l ef i r s ts t u d i e st h eh a d r o n i z a t i o np r o c e s so fp p ( p ) r e a c t i o n t h ea v e r a g er a t eo f q u a r k p r o d u c t i o no b t a i n e dr e l a t e so nt h es p e c i a lr e a c t i o np r o c e s s e sa n dr e a c t i o nc h a n n e l s t h i se f f e c t i ss t i l lo b v i o u su n d e rv e t yh i g he n e r g y , a n dt h ep r o d u c t i o nr a t e so f t h et w ok i n d so f f i n a lp a r t i c l e sa r e n o tt h es a m e e s p e c i a l l yf o r t h ep pr e a c t i o n ，b e c a u s et h ep r i m a r yp r o t o n sb r i n gq u a r k sua n dd ，w h i c h m a k e st h ea v e r a g er a t e so fu da r em u c hh i g h e rt h a nt h a to fa n t i q u a r k so fu d ，a n dt h er a t eo f p a r t i c l e sc o n t a i n sua n ddi n c r e a s e s t h i sa r t i c l eg i v e so u tt h er a t e so f v a r i o u sh a d r o n so fp pa n dp p - r e a c t i o n s ，d i s c o v e r st h a tt h er a t e so ft h eh a d r o l l sw i t ht h es a m e f l a v o ra r en o tt h es a m ea n yl o n g e r f o r p pr e a c t i o n ，t h i sa r t i c l e sr e s u l ts h o w st h a tt h es y m m e t r yo fp a r i t ys p i ni sn o tt r u ea n y m o r e t h ev e r y m e a n i n g f u lp r e d i c t i o n i st h er a t eo ft h ea n t i p a r t i c l e sp r o d u c t i o ni sm u c hl o w e rt h a nt h e c o r r e s p o n d i n gp a r t i c l e s i t c o i n c i d e sw i t ht h er e s u l t ( b ) ( s ) l。 【2 1 8 3 ) 矿( 万)n c + e x p ( b m 2 ( m + f ) j 叉如p p 反应过程的u 。u 。反应道与p 反应过程的u o - 。反应道中重子+ ( 叽u ) 的产 率分别是 t 驴( 豸醐 看唧( - 等学j 一舯， “揣e 坤( _ b m ( 3 m , + m ) l ，“南唧卜嚣) c 删( 淼卜“瓣e 冲( 等字j m ：， “淼e 冲( - b m ( 3 m f + m ) ) i ，“丽1 e 印c - 鬻j 同撵两种反应中4 + + ( u u u ) 产率也是不同的 竺鱼! ： ”( 面) 1 ( 2 + 2 0 ) 通过上面的粒子产率例子，可咀看出在p p 与p f 两种不同反应中，相同味道的粒子 的产率是不相等的。在图3 中给出两种反应过程中重子比值4 + + ( p p ) ，d ”【面) 和介 子比值矿( p p ) ，( 面) 随夸克对数的变化关系，更容易看出这种差别直到很高能量 2 4 山东大学颈士学位论文 时仍然存在。 2 暑l ji ，1 。- ，- 。- 。i 。- 。1 。- ：_ s1 01 52 02 53 03 54 0 n u m b h o f q u a r kp a i rn 图3 p p 与p - 反应过程中重子比例d “( p p ) 4 ”( f 即与介子比例户+ ( p p ) p + ( p d 随能量的变化 以上结果均为在p p 反应的u o u 。反应道与p - 反应的n o u o 反应道中得出，介子 p + ( u - ) 与重子+ ( u u u ) 在两种反应中的比值都大于1 ，这与p p 反应的u o u 。反应道 的净夸克是两个u 而p 芦反应的u o u o 反应道的净夸克是一个u 和一个直有关。若是 在别的反应道，如在p p 反应的d 。d o 反应道( 净夸克是两个d ) 与p _ 反应的d 。- o 反 应道( 净夸克是一个d 和一个a ) 中介子p + ( u - ) 的比值则是 丛盟： p + ( 印) 口( 淼) 2 e 一口【丽丽j r 一 口( 淼卜2 + 口品e 印( 一等掣 2 瓦面丽i v 而c 磊两 - ( 印)l 亿+ j f 2 2 5 ) 在图4 中给出重子+ ( p l d ) ，五+ + ( 印) 以及介子p + ( p p ) p 一( p p ) 比例随夸克对数的 变化，可以看出直到很高能量时这种不对称仍然很明显。 皇 屯 二 。 譬 矗 图4 印反应过程正粒子产率明显高于相应反粒子的产率 ( 3 ) 末态矿、k 2 多重数的不对性 以上得到直生强子产率的不对称性，末态粒子多重数同样也会存在这种不对 称性。早期的p p 反应实验已经观测到这种正反粒子产率不对称的现象，如低能实 验上得到末态粒子多重数之差为固：( ，r + ) 一( ”一) z 0 5 ，( 石+ ) 一( k 一) * 0 1 。这些实验结 果可以对本文的预言做出直接检验。事实上末态万、k 2 介予的多重数包括了共振 粒子( 介子与重子) 的衰变贡献，考虑了这些衰变贡献后末态平均多重数可以表示成 ) = p j b r ( j 斗j ) ( m ) + p k b r ( k o ( b ) ( 2 2 6 ) j i 式中p i 、r 分别是介子j 与重子k 的归一化的相对权重( 产率) ，按照上面的计算方法 都可以在夸克组合模型框架下得出。( 盯) ，8 ) 则是定能量下平均产生的直生介子 多重数与、重子多重数，都可以由夸克组合模型得到。b r o 斗i ) 、b r ( k 呻i ) 则分别 山东大学硕士学位论文 是介予j 与重子k 衰变为末态粒子i 的衰变分支比，粒子物理手册【7 】已经给出具体 数据可以直接引用。一般取夸克对数n 满足p o i s s o n 分布 州( ) ) ：学 利用p o i s s o n 分布，上面各种强子产率都变成平均夸克对数( ，) 的函数，而( ) 能够 与质心能量；相对应，两者之间的关系存在一个简单的经验公式【8 】o 这样就得到 可以直接与实验比较的结果。对于p p 反应过程，存在u o u 。、d o d 。以及u 。d 。三个不 同的反应道，平均强子多重尊( 一) 是对不同反应道的平均( 一) = 只q ) ，这样就可 以给出平均粒子多重数。在表1 中给出计算的末态介子平均多重数( 石) 及( k 2 ) 与 早期低能量时实验【6 】测量结果的比较，可以看出考虑了入射质子携带初始夸克影响 后得出的末态正反粒子的多重数与实验结果基本一致，如果不考虑入射净夸克的 影响，正反粒子的多重数是相等的。在图5 0 ) ，( 2 ) 分别给出( 矿) 及( 足+ ) 随能量的变 化。 表1p p 反应过程正反粒子多重数不对称性 能量 z + )( ”) ( k + ) ( k 1 ) g e v 实验 理论 实验理论实验理论实验理论 2 3 3 7 l 0 1 9 3 7 2 3 2 7 0 1 6 3 3 1 0 3 3 7 0 0 1 7 0 3 3 9 0 2 0 9 0 0 1 0 0 2 1 9 3 l 4 0 7 o2 1 3 9 7 3 6 5 土0 1 8 3 6 0 0 3 6 7 0 0 1 30 3 6 50 2 4 4 0 0 j 2 0 2 4 9 4 5 4 4 5 士o 2 24 4 l4 0 9 0 2 l4 0 00 4 l l 0 0 2 l0 4 0 20 2 8 6 0 0 1 4o 2 8 6 5 3 4 6 8 o 2 3 4 6 2 4 2 9 02 1 4 1 8 0 4 3 0 0 0 2 2 0 4 2 2 0 3 0 6 0 0 1 5 0 2 9 5 山东大学硕士学位论文 图5 ( 1 ) 刀反应末态z + ，z 一多重数随能量的变化 图5 ( 2 ) 印反应末态足+ ，k 一多重数随能量的变化 3 、反奇异超子与奇异超子的比率 相对论重离子碰撞实验测量了大量反奇异超子与奇异超子的比率，给出不对称 的结果，这些比率也可以对夸克组合为主的强子化模型作出检验。利用上面得到 3 0 山东大学硕士学位论文 的夸克产生几率，也可以计算p p 反应中反重子与重子的比率，通过相互比较，- - i 以发现两种不同碰撞过程的差别。下面举例说明平均事例直生的反粒子与粒子的 比率。 对于p p 反应过程，存在u 。u 。、a o c q - 与u o d 。三个不同的反应道，平均强子多重 数( 一) 是对三种反应道的平均( ”) = 只( 啤) ，按照质子的夸克结构模型，通常取 p ( u o ) j p ( 以吃) j 烈吨) = 吾：石i ：；，这样就可以给出平均反重子与重子的比率。例如： 芦( 而孑) 与p ( u u d ) 的产率分别为： 万c 而“( 茄爿e m m ， 亿z ，m 却划忱州n c 1 3e _ b 3 m + 争蒜唧( - 等乎 亿：，翻 2 8 a似nc而exp(一篙警净49 q -mm9 赤唧【- 等m j( 2 ( 1 ) )，+j( 2 ( + 1 ) ) l，+ m j 则反质子与质子的比率是 x ( u d g ) 与a ( u d s ) 的产率分别为： 天c 两刊( 丽n 面c 卜舯 ( 2 2 7 3 ) 坤妒( 茹爿e 叫叱口看e 冲( - 塑专竽匕。国 + ! 口，婪e x p f 一b m ( 3 m , + m ) 1 9 ( 2 ( + 1 ) ) 3 i m+m j 磊 一 唧 磊 一卜磊 一l 唧 工州 百可 一卜幕 一 唧 l 一丽一生， 一。 引 一p p 山东大学硕士学位论文 人 a l + 三e x d n c 1 丽 1 ， 2 舢 m ，+ mj 蛩( a 矗) 、三一( d s s ) 的产率分别为： 引慈问( 蒜卜2 ， 口2 ， 叫d $ 8 ) = o f ( 蒜跏“争爿篙每e 冲( 一艺剖 ( 2 2 9 2 ) 则相应的比率为 f l + , j 2 瓦i 唧l ( i b ( 2 m2 了- m 2 ) j 、1 3 c 1 l。+ j 1 ，( 2 2 9 3 ) 因为强作用新生夸克味道守恒，因此s 与i 的几率相等，必然导致a + ( 面) 与 2 ( s s s ) 广，王儿罕t 日寺 蚤+ ( s - 丽- 间砸阳 蒜p “， 亿s 介子k + ( 酊) 与k 一( s 万) 的产率分别为 狮一( 蒜卜2 茄斋唧 一等铲 卅引， 狮却( 蒜小叫) ， s ， 相应的比率为 ：l + 兰一1e x p f 尘l 1 。 ( 2 3 1 3 k 。3n c 1 im + m sj 一 唧 删一卜焉 山东大学硕士学也论文 坐一：弩妲( 墨一击e 印( 等一南唧( 羔) 引p t + 去唧( 羔一击唧( 等等) 三+ 量一 a 人 ( 2 3 2 2 ) 等小号去e 坤( 警 o 偿s z 可见各种粒子比率仅与夸克对数和夸克质量有关。末态粒子比率还要考虑共 振粒子的衰变贡献。按照计算末态j r 2 、k 2 介子的多重数同样的方法，这样就可以 给出平均反粒子与粒子的比率。下表给出计算的各种粒子比率，并列出r h i c 的实 验结果。可以看出反重子与重子的比率是随能量变化的，而且与r h i c 实验结果相 吻合。这一特征是容易理解的，因为入射的质子带有净夸克u d ，而强作用产生的夸 克是成对产生的，因而平均u d 夸克的几率大于丽的几率，而引起重子产率比反重 子大的结果。随着能量的提高，新生夸克的数目提高，初始净夸克的影响减弱， 因此各种粒子比率随能量变化，且趋向定值l 。 表2p p 反应反重子与重子比率与1 3 0 a g e v 相对论重离子碰撞结果对照 重子类型 5 3 g e v5 4 0 g e v9 0 0 g e v s 1 = a r 实验 芦，p o 5 3 o 7 60 7 9 o ，7 1 士o 0 l o 0 4 ，o 6 70 8 50 8 7 o 7 1 士0 0 l 士0 0 4 o s 4 o 9 3 0 9 4 o 嚣3 o 0 4 o 0 5 q + ，o o 9 90 9 91 o o o 9 5 o 1 5 0 0 5 x + f x 。1 4 4 51 2 8 51 2 6 6 1 0 9 2 士0 0 2 3 ， 1 2 91 1 2 1 0 90 9 8 0 0 9 芦， 喜+ 三一 i 2 31 0 9t 0 8 i1 7 0 i i a ， n + ，n 一 1 1 91 0 7l ，0 6 1 1 4 0 2 1 三，三一 山东大学硕士学位论文 2 5 、奇异抑制因子随能量的变化 奇异抑制因子增大是相对论重离子碰撞夸克胶子等离子体( q g p ) 产生的信号 之一。许多文献进行了广泛的研究。利用结构夸克模型进行分析的文献一】认为重离 子碰撞中奇异升高是初态非奇异物质超过奇异物质引起。文献【lo 】认为研究重离子 碰撞首先应该关注p p 反应奇异放大是否存在，作为重离子碰撞的一个参考。为此 把s p s 的p p 反应与e + e - 湮没过程进行对比研究，对奇异放大现象做了探索。这种 对比分析的原因是在不周反应中粒子的产生是普适的。p p 反应的实验通过测量奇 异强子与非奇异强子多重数比率来确定奇异抑制因子，实验结果似乎显示存在奇 异抑制随能量升高的现象。按照上面的讨论，我们也容易得到的奇异粒子与非奇 异粒子产率比值，与实验比较可以探讨p p 反应豹实验是否一定需要奇异增大才能 够解释。我们的结果表明奇异粒子与非奇异粒子多重数比率也是与反应类型和反 应能量有关的，能够解释低能量时p r 晒- ) 反应奇异抑制因子随能量升高的现象。对 于p p 反应过程，总的平均强子多重数是对三种反应道的平均，由此可以得到平均 奇异粒子与非奇异粒子比率。如矢量介子比率是 等。器_孑需e-b(m+m)e-zbm 2 - b m ( m + 2 m ) 3 n c t m m2 丢辆p p ( 打) ，+ 一唧f 1 1 + 喜e x p f 生 + 。j3 c im + 脚。j 露o p ( j 孑) p + p ( u d ) e_2自+磊47_exp翮(ybm(m+2m,)2硼4(bmz1 十重态奇异重子与非奇异重子比率是 ( 2 3 3 ) 若：毒蔫8 齐( b ( 2 李m 2 - m 翟z ) 、幕2 0 等( b 2 m 苗2 斑。， 。 3 胁 i 历：+ 研 j9 ( 0 i m ，+ 聊， 、 r + ，+ 纠羔 + 崭唧( 笔) + 南唧c 羔j 山东大学硕士学位论文 ；：熹高单釜盛一埘 扩+ 去e x p ( 羔 + 南e 砷( 等 + 南唧( 羔 。“一 兽 芒 点 图6 1p p 反应通过k 2 x 2 比率确定的奇异抑制因子与实验的比较 山东大学硕士学位论文 图6 2 p 苗反应奇异抑制因子与实验的比较 2 6 小结与讨论 因为p p 与p 面是两种入射强子不完全相同的高能反应，因此强子化前平均夸克 产生几率也不同，这种影响在很高能量下仍然比较明显。按照夸克几率得到的两 种反应末态粒子产率也不完全相同。特别是对于p p 反应，因为入射的强子携带的 都是轻味夸克u d ，使得平均u d 夸克的几率比反夸克丽的几率明显提高( 而s i 夸克的 几率不变) ，这样含有u d 夸克粒子的产率也会提高。非常有意义的预言是正粒子的 产率明显高于相应的反粒子的产率，这与重离子碰撞实验发现的( 酗，b ) cl 完全吻 合。对于末态矿、k 2 介子，其多重数包括了各种衰变贡献，但实验结果仍表明正粒 子的产率大于相应反粒予的产率，本文的计算结果基本与实验一致，可见入射净 夸克的影响是不能忽略的。 奇异抑制因子增大作为q g p 存在的信号，研究p p 反应是否存在类似现象很 有必要。我们得到的末态矿、k 2 介子比例基本与实验结果一致，不需要奇异增大得 到的粒子比率基本与实验一致。奇异抑制因子随能量的缓慢升高，是因为低能时 平均产生的夸克数目比较小，而质子携带的初始净u d 夸克占的比例比较大，非奇 山东大学硕士学位论文 奇粒子的产率相对比较高，随着能量的升高，真空激发新生夸克的数目增大，相 应奇异夸克的数目也增大，使得奇异粒子的多重数也随着升高，这样给出的奇异 与非奇异粒子多重数的比率也升高。 对于更复杂的重离子碰撞强子化事例，最终产生的大量解禁闭( 胶子碎裂为一 对夸克反夸克) 夸克反夸克物质，构成一个大的色单态系统，夸克的几率同样比反 夸克的高，也会引起重子比反重子产率高的现象。同时在这个系统内，由于夸克 反夸克的相空间密度大，更利于夸克、夸克( 反夸克) 之间的组合。把组合模型推广 到十分复杂的重离子碰撞过程，需要解决许多理论分析问题，这也是我们下一章 进一步探索分析的问题。 3 7 山东大学硕士学位论文 第二章参考文献 1 x i eq u b i n g ，l i ux i m i n g ，p h y s r e v 1 9 8 8 ，d 3 8 ( 7 ) ：2 1 6 9 2 1 7 7 l i ux i m i n g ，h i g he n e r p h y s a n dn u c l p h y s ( i nc h i n e s e ) 1 9 8 9 ，1 3 ( 9 ) ：8 0 3 8 0 6 l i u x i m i n g ，c h i n e s e p h y s l e t t ，1 9 8 9 ，6 ( 6 ) ：4 8 4 - 4 8 7 ；1 9 8 9 ，6 ( 5 ) ：1 9 3 1 9 6 l i ux i m i n g w a n g q u n ，c h i n e s es c i e n c e b u l l e t i n ，1 9 9 1 ，3 6 ( 1 9 ) ：1 6 0 1 - 1 6 1 3 2 l i u x i m i n g ，h e p n p , ( i n c h i n e s e ) 2 0 0 4 ，2 8 ( 1 0 ) ：1 0 2 6 - 1 0 3 2 ；2 8 ( i ) ：i 卜1 6 3 c h l i a p n i k o v pv ，p h y s l e t t ，1 9 9 9 ，b 4 6 2 ：3 4 1 - 3 5 3 4 g i a c o m e l l i i n t e m a t i o n a lj o u m a lo f m o d e mp h y s i c s a 1 9 9 0 ( 5 ) ：2 2 3 - 2 9 7 5 c h l i a p n i k o v p va n d u a v r o v v a ，p h y s l e t t 1 9 9 0 ，b 3 2 5 1 ：1 9 2 6a m r o s s i & g v a n n i n i ，n u c l ，p h y s 1 9 7 5 ，b 8 4 ( 8 4 ) ：2 6 9 - 3 0 5 7p a r t i c l ed a t ag r o u p ，e u r o h y s j 2 0 0 0 ，c 1 5 ：2 2 6 8 w e b b e tp r p h y s l e t t 1 9 8 4 b 1 4 3 ：5 0l 9 e b e c a t t m ja n dg p e t t i n ip h y s r e v 2 0 0 3 c 6 7 ：0 1 5 2 0 5 1 0 ，h a n s j o a c h i md r e s c h e re ta 1 p h y s r e v 2 0 0 2 ，d 6 5 ：0 5 7 5 0 1 1 1a m r o s s i g v a n n i n i ，n u c l ，p h y s 1 9 7 5 ，b 8 4 ( 8 4 ) ：2 6 9 - 3 0 5 山东大学硕士学位论文 第三章相对论重离子碰撞过程反重子与 重子比率 3 1 引言 相对论重离子碰撞实验的目的是探索极端相对论情况下极高温度与能量密度 下核物质通过相变解禁闭形成夸克胶子等离子体( q g p ) 的性质以及存在的信号。格 点q c d 理论计算【1 】给出相变的悔界温度t 。1 7 0 m e v ，能量密度“2 g e v f r o ，。按照 b j o r k e n 的预测f 2 1 以及磊= 1 3 0 g e v 能量时a 。+ a 。碰撞测量的横能量( e ) 等，预言 r h i c 中心a 。+ a 。碰撞实验的空间能量密度能够产生这种解禁闭的物质。许多低 能重离子碰撞实验也得到了这种新物质存在的间接证据。广泛测量的反粒子相对 粒子的比率，给出了关于净重子密度或重子化学势的有关信息。这些实验启示人 们进一步测量反奇异重子相对奇异重子的比率，这种测量利于区别强予气和解囚 禁的夸克胶子等离子体。而各种反粒子相对粒子的比率也能够对各种“组合模型” 做出直接检验【3 1 。 相对论重离子碰撞的强子化结果是检验强子化机制的重要途径，强子化机制 的研究也能够对实验做出预言或检验。“强子化”是指高能反应中产生的朱态部分 子( 夸克与胶子) 如何形成实验上观察到的物理强子。由于支配这一过程的非微扰量 子色动力学( n p q c d ) 没有真正解决，至今只能借助实验结果参数化的“碎裂函数”或 唯象模型来描述。而如相对论重离子碰撞实验得到的中等以上横动量区，质子p 与霄介子的比率p x 接近甚至超过l ，以及不同强子的椭圆流与横动量p t 明显不 问关系的“反常”的现象，部分子的标准碎裂模型没有给出自洽的解释。为此人们开 始发展原来用作解释核核反应的“组合模型”研究相对论重离子碰撞实验的强子 化过程，解释了有关的实验现象。另一方面，p h o b o s 实验组的结果【4 j 表明，r h i c 重离子碰撞的带电粒子多重数( n 。) ，( n ，2 ) 、带电粒子赝快度分布d n 。d t i n 。2 ) 以及带电粒子平台分布的高度d n 。，如k ，( n ，2 ) ，与e + e 一湮没实验具有相同的行 山东大学硕士学位论文 为。这些实验事实似乎表明两种完全不同的反应，导致多粒子产生的强子化机制 具有某些共同之处。因此发展与完善在e + e 湮没过程取得成功的强子化模型，探索 能否推广到相对论重离子碰撞，解释重离子碰撞实验是很有必要的。 在第二章中，这个组合模型直接从夸克层次出发，经过完善后用来处理含有 初始夸克系统的强子化过程，解释了p p 与师反应过程【_ ”强子产率的不对称性。这 两种反应入射的强子都携带自身的净味夸克与真空激发新产生的夸克一起强子化 为末态强子，这一本质的特征与重离子碰撞过程是完全相似的。我们的结果表明 入射净夸克的影响即使在很高能量下也十分明显，给出了p p 与p 芦反应中强子同位 旋不对称、奇异抑制因子随能量改变、反重子与重子比例小于l 等等预言，这些 特征与重离子碰撞实验结果十分吻合。 在第二章中，按照组合模型出的基本图像，首先分析得到p p 与p - 反应过程平 均夸克产生几率，利用随机组合机制，得到了p p 与师反应过程强子产率的不对称 性等性质。这两种反应入射的强子都携带自身的净味夸克与真空激发新产生的夸 克一起强子化为末态强子，这一本质的特征与重离子碰撞过程是完全相似的。我 们的结果表明入射净夸克的影响即使在很高能量下也十分明显，给出了p p 与啼反 应中强子同位旋不对称、奇异抑制因子随能量改变、反重子与重子比例j 、于1 等 等预言，这些特征与重离子碰撞实验结果十分吻合。 相对论重离子碰撞过程可以简单概括为高度洛仑兹收缩的核以接近光速的速 度发生对撞，在对撞区产生大量夸克胶子，夸克胶予相互作用，形成解禁闭的夸 克物质。早在1 9 9 9 年夸克物质国际会议上垆j ，提出了一种相对论重离子碰撞强子 化的简单图像。碰撞的第一阶段，形成夸克胶予等离子体色单态火球。随着火球 膨胀与冷却，胶子碎裂成新的夸克反夸克。这个由大量夸克反夸克( 包括碰撞强予 携带的净味初始夸克) 组成的色单态系统相空间密度非常大，夸克与反夸克( 夸克) 之间不断的交换颜色发生相互作用，如果它们之间相对速度足够低，即相互作用 时间足够长，总能够形成色单态形成强子，如介子q i 、重子q q q 与反重子丽i 等。 而夸克组合模型最适合处理这种大量夸克反夸克系统的强子化过程。 基于以上考虑，本章把夸克组合模型 6 1 ( q c m ) 推广到相对论重离子碰撞，试图 山东丈学硕士学位