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QGP 强子化过程中 夸克组合机制普适性的研究

QGP 强子化过程中 夸克组合机制普适性的研究. 答辩人 姚 涛. 导 师 谢去病教授 山东大学 2009 年 5 月 27 日. 提 要. 研究动机 夸克组合模型 (QCM) QCM 在高能核核反应中的应用 总结和展望. 强子的产额、比例和横动量谱 带电粒子的快度分布 强子椭圆流 粲强子的产生. 研究动机. RHIC 实验的一些‘意外’. 中等横动量区域‘反常’的重子 / 介子比 夸克组合机制，与碎裂图像矛盾 强子椭圆流的价夸克数标度性 (QNS) 夸克组合机制

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QGP 强子化过程中 夸克组合机制普适性的研究

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  1. QGP强子化过程中 夸克组合机制普适性的研究 答辩人 姚 涛 导 师 谢去病教授 山东大学 2009年5月27日

  2. 提 要 • 研究动机 • 夸克组合模型(QCM) • QCM在高能核核反应中的应用 • 总结和展望 • 强子的产额、比例和横动量谱 • 带电粒子的快度分布 • 强子椭圆流 • 粲强子的产生

  3. 研究动机 RHIC实验的一些‘意外’ • 中等横动量区域‘反常’的重子/介子比 夸克组合机制，与碎裂图像矛盾 • 强子椭圆流的价夸克数标度性(QNS) 夸克组合机制 • 核修正因子 分成重子、介子两组, 按奇异成分排序 • 介子的 和椭圆流行为: 不同于质子，类同于轻介子 • …… • 高温高密的部分子物质(QGP)已经产生 • 在中等 区域，QGP的强子化机制是夸克组合机制，而不是碎裂机制! • 组合机制是否是普适的强子化机制呢 ?!

  4. B M QCD基本性质--形成介子的吸引力是形成diquark的两倍 M 解析计算或 PYTHIA产生器处理衰变 夸克组合模型(QCM) 夸克产生律： 夸克组合律： 快度近关联 介子优先于重子产生 自动确定了总的重子/介子比例，保证了组合过程中夸克数目及其味道守恒 夸克组合律 强子化过程味道守恒 夸克随机组合 奇异抑制的 对称性 十重态对八重态直生重子的比例D/O 矢量介子对赝标介子的比例V/P 直生重子(56重态) 直生介子(36重态) 末态强子 成功解释了电子湮灭和pp( )反应的许多实验现象！

  5. 平均每对参加碰撞核子的有效质心能量 三维相空间分布： 快度平台或高斯型分布 一维相空间分布： 快度平台分布 横动量分布 夸克组合模型 QCM在RHIC反应中的推广 • 高能核核反应中的夸克产生律： 假定平均每对参加碰撞核子产生的新生夸 克对数与相同能量的电子湮灭反应相同 新生夸克对数 净夸克数目 总的u,d,s夸克数目 + 2. 高能核核反应中的夸克组合律： 夸克组合律： 快度近关联 同向大小相同(近)

  6. 夸克组合模型 QCM与其它组合模型的主要区别 通常的组合模型都采用了如下组合公式(介子为例) ： • ：夸克分布函数， ：强子组合函数 • 或强子的波函数 强子的产额、 谱等性质 • 不满足幺正性[1] 有限几种强子的某些特性。不可能在保证夸克数目及其味道守恒的条件下，统一地描述所有的末态强子 QCM用符合夸克组合律的Monte-Carlo程序代替了上述组合公式 不需要明显的组合函数 满足幺正性 可以统一地描述全部SU(3)或SU(4)强子的某些特性：强子的产额、比例、 谱等 这是QCM区别于其他组合模型的独特优点 [1]: Phys. Rev. Lett. 91, 092301; J. Phys. G30, S235; J. Phys. G32, L11

  7. 62.4、130和200GeV，5%中心度中间快度区的QCM结果和实验数据的比较62.4、130和200GeV，5%中心度中间快度区的QCM结果和实验数据的比较 QCM在高能核核反应中的应用 I. 强子的产额、比例和横动量谱 表1： 都在数据的误差范围内！

  8. 强子的产额、比例和横动量谱 重子 介子 200 GeV Au+Au 200 GeV Au+Au 在大、中、小范围，QCM都使用同样的组合机制！ 在解释RHIC反应的强子产额 、比例和 谱方面， 组合机制在所有横动量区域都是普适的!

  9. 不同能量、不同中心度 的总u,d,s夸克数目 高能核核反应 的夸克产生律 + 净夸克数 QCM在高能核核反应中的应用 II.RHIC反应中带电粒子的快度分布 F.L.Shao, T.Yao, and Q.B.Xie, Phys. Rev. C75, 034904 (2007) Landau流体力学模型 夸克的高斯型纵向快度分布： 是QGP的声速， 分别是质子和pion的质量 PHOBOS数据点

  10. 200 GeV Au+Au 130 GeV Au+Au RHIC反应中带电粒子的快度分布

  11. RHIC反应中带电粒子的快度分布 上图：带电粒子赝快度分布的能量依赖 夸克组合机制很好地描述了粒子多重数的纵向分布!

  12. p y p x QCM在高能核核反应中的应用 III. 强子椭圆流及其质量结构的研究 T. Yao, Q.B. Xie, F.L. Shao, Chinese Physics C 32(05), 356-362, 2008. SQGP的产生演化 末态相互作用… 核子在坐标空间分布的各向异性 末态强子在动量空间分布的各向异性 方位角

  13. 强子椭圆流及其质量结构的研究 QNS现象是RHIC实验的亮点之一 组合机制是主要的强子化机制 椭圆流的细致结构 细致结构的存在是否说明组合机制在小横动量区域不适用 ?! 影响细致结构的可能因素主要有：衰变、夸克质量和不等 组合

  14. 强子椭圆流及其质量结构的研究 A. 衰变对椭圆流质量结构的影响 等 组合且 直生介子 • 不同味道的直生介子、重子的 分别重合，二者 • 的QNS谱线互相重合 • 衰变对 的椭圆流影响较大 • 末态强子 的顺序和质量结构的顺序完全一致。衰变部分地解释了细致结构 直生重子 末态强子

  15. 强子椭圆流及其质量结构的研究 B. 夸克质量对椭圆流质量结构的影响 等 组合且 质量大， 小 • 直生强子的椭圆流按照它们的味道成分发生劈裂 • 衰变导致末态强子椭圆流的更大劈裂 • 以外其他强子的椭圆流都较好的符合实验数据

  16. 强子椭圆流及其质量结构的研究 C. 不等 组合对椭圆流质量结构的影响 夸克的平均横动量差: 夸克横动量偏离强子的价夸克数归一横动量的大小 ， 随 单调增加 C B D 直生介子 A 对QNS的偏离 • 重子对QNS的偏离总是大于介子 重子介子分成两组，中等 区域的表现更加明显 • 强子椭圆流对QNS的偏离既依赖于 ，又依赖于 ，可大于或小于 直生重子 E F

  17. 强子椭圆流及其质量结构的研究 再计入衰变、夸克质量的影响 • 考虑衰变、夸克质量的影响和不等 组合三部分的贡献，QCM完全解释了包括Pion在内的椭圆流的细致结构 细致结构与组合机制并不矛盾！ • 衰变、夸克质量的影响主要表现在小 区域。不等 组合导致的对QNS的偏离，更明显地体现在中等 区域，可作为检验不等 组合贡献大小的判据

  18. 强子椭圆流及其质量结构的研究 小 结 • 衰变是椭圆流质量结构的重要来源。但还不足以完全解释这个结构 • 夸克的质量效应进一步破坏了QNS，并导致椭圆流更好地符合数据，但 的椭圆流和数据仍然不符 • 中等 区域QNS谱线重介子明显分组的效应可作为检验不等 组合贡献大小的判据 • 考虑了这三个因素的影响，QCM定量解释了强子椭圆流的细致结构 在描述强子椭圆流的性质方面，小 区域和中等 区域一样，组合机制都是适用的！

  19. QCM在高能核核反应中的应用 IV. 相对论重离子碰撞反应中粲强子的产生 T. Yao, W. Zhou, Q. B. Xie, Phys. Rev. C 78, 064911 (2008) 粲强子产生是理论和实验关注的焦点之一 ＊ 理论文章: the charm flow, 能量损失, 产生等 ＊ PHENIX 和 STAR 合作组已做了许多测量 The binary scaling of ; 但STAR的 约为PHENIX的 2 倍! 依赖于精确的粲强子比例 修正PYTHIA粲强子比例 电子湮灭反应 重子增强 组合机制 粲重子增强 ？ 不同的粲 强子比例 不同的分支比 对 的影响 ！ QCM的优点 核核反应中各种粲强子比例

  20. 粲重子显著增强 • 3 GeV/c附近，衰变 • 使 的峰超过了 • 的峰 • 峰变宽，向大 方向发生了移动 • 峰的形状决定于： • 组合机制、衰变效应 • 和粲夸克的 谱 200 GeV能量下，同时拟合的 介子、单举电子、非光生 电子和muon的 谱。实(虚)线分别对应于STAR(PHENIX)的截面 200 GeV 能量下，中间快度区粲重子/介子比的 依赖 性。小图是QCM给出的非光生轻子的 对 的依赖性 相对论重离子碰撞反应中粲强子的产生 A. 粲重子/介子比的 依赖性

  21. ~100% ~32.3% ~67.7% 相对论重离子碰撞反应中粲强子的产生 B. 200 GeV 核核反应中的粲强子比例 PHENIX 采用 但是 1. 奇异增强 2.介子衰变 3. Default if 表2：62.4，130，200和5500 GeV 的最中心Au+Au (Pb+Pb)反应中，中间快度区的粲强子密度及其比例

  22. 相对论重离子碰撞反应中粲强子的产生 和 PHENIX假定 有 , 而QCM有 增大 ~12% ! 采用PDGlive 的 最新衰变分支比 增大 ~17% ! 缩小了PHENIX和STAR的 差别，但不能完全消除

  23. ~32.3% ~67.7% ， 相对论重离子碰撞反应中粲强子的产生 C. 粲强子比例的参数依赖性 • 参数 ： 的产额随参数增加而增加 • 参数 ： 十重态粲重子全衰变到八重态 无依赖性 • 参数 : 与 无关 • 参数 : 和 与 净夸克数无关 各比例对 谱变化很不敏感 • c夸克 谱 ： • 忽略径向流，研究对中心度的依赖性 • 不必严格确定c的 谱，即可得到可靠的LHC能量下粲强子比例

  24. ：单c强子产额 相对论重离子碰撞反应中粲强子的产生 D. 粲强子比例的中心度依赖性 ＋ ＋ 除边缘碰撞外，模型参数与中心度无关 单c强子比例和 都与中心度或 无关 此结论在不同入射能量时仍然成立！尽管理论给出的 (如LHC能量时) 有很大的不确定性，但得到的不同能量下粲强子比例仍是可靠的!

  25. 相对论重离子碰撞反应中粲强子的产生 E. 粲强子比例的能量依赖性 组合机制 高能核核反应普适的强子化机制 QCM 参数 奇异抑制因子 随能量变化 比例随能量变化 净重子数 = 0.52, 0.48, 0.48, 0.48 = 0.859, 0.915, 0.927, 0.986(0.995) 62.4, 130, 200 GeV RHIC 5500 GeV LHC 依赖于 ，进而依赖于 ； 与 无关 RHIC 和 LHC 的预言见 表2

  26. 相对论重离子碰撞反应中粲强子的产生 小 结 • 预言了粲重子/介子比例，如 , 和 对 依赖性。 和 比类似，中等 区域的粲重子增强非常显著 • 因为重子增强和奇异增强，核核反应中的粲强子比例明显不同于 湮灭和 反应。根据PDG最新的衰变数据，这些不同的比例导致PHENIX测量的截面 增大 ~17%！ • 研究了单c强子比例和 对能量、中心度、和各种参数的依赖。它们与中心度和截面 无关 • 第一次在组合框架下，全面给出了RHIC和LHC能量的 和各种粲强子比例的预言。这些预言对将来精确的 测量是重要的，而且粲强子的组合强子化机制也可以被实验检验

  27. 总结和展望 总结: 强子的产额、比例和横动量谱 带电粒子的快度分布 强子椭圆流 粲强子的产生 表明了组合机制在所有横动量区域都是适用的，有力地支持了夸克组合是QGP普适的强子化机制的推断 给出了某些有待实验检验的理论结果： 检验不等 组合贡献大小的判据 粲重子/介子比例对 依赖性 RHIC和LHC能量的粲强子比例等…… 展望: • 重味产生方面进一步的工作 • 强子关联产生方面的工作 • 更高能量如LHC反应的有关工作 • 更低能量相对论核核反应的有关工作 • QCM发展完善方面的有关工作 • ...... Thank you all !

  28. 博士期间已发表的学术论文：

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