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朗道流体模型在相对论重离子碰撞中的应用

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摘要

第一章 相对论重离子碰撞的简单介绍

1．1 历史背景

1．2 选择模型研究碰撞后粒子的行为

第二章 朗道流体模型

2．1 纵向膨胀

2．2 横向膨胀

2．3 “锥形运动"

第三章 粒子数的快度分布

3．1 没有考虑温度影响的粒子数分布

3．2 考虑温度影响的粒子数分布

3．3 强子化相变

3．4 π介子的快度分布

3．5 π介子的横质量分布

第四章 结果和讨论

4．1 FO条件的另一种选择

4．2 状态方程的另一种的选择及讨论

4．3 采用朗道流体模型引起的误差

4．4 结论

第五章 工作总结和展望

参考文献

硕士期间发表的学术论文

致谢

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摘要

相对论重离子碰撞是上个世纪八十年代兴起的物理学前沿课题，是粒子物理和核物理的之间的交叉学科。它主要是研究在高温，高能量密度这样的极端条件下的核碰撞产生的粒子的行为，以及核子集体作用的行为。探究由QGP（夸克胶子等离子体）物质转变为强子物质的相变情况。由于夸克的禁闭作用，实验产生的QGp仅存在非常短的时间，所以直接测量粒子的行为是非常困难的。因此，必须采用一些模型来解决上述困难。流体力学模型因此在本领域中得到广泛应用，用于描述碰撞系统的时空演化并抽出热密物质的特性。
　　流体力学模型在高能碰撞中的应用最早由Landau在1951年提出，发展到今天，已经出现了3+1维的粘滞性流体，并且开始考虑逐事件的起伏带来的影响。在这里我们主要采用朗道流体模型，它是1+1维的，事件平均的流体。而且最初的考虑也仅仅针对于对心的碰撞。因此它有较大的局限性，不便分析非对心碰撞中的椭圆流，也不期望它可以圆满的解释对心碰撞的实验数据。相反，我们的策略是，根据最新的实验数据和这个理论模型计算结果的差距，来考察这个模型中所缺少的横向膨胀可以带来的效果。另外，我们采用了不同的状态方程(EquationofState)以及冷冻出粒子的条件(Freeze-OutCondition)进行了对比计算，考察状态方程和冷冻条件对计算结果的影响。虽然1+1维的Landau流体有很多的局限性，但是它计算流程完整而且简洁，可以比较直观的考察上述因素的物理效应，得出可靠而有用的物理结论。
　　本文首先介绍了朗道流体模型，如朗道流体模型所选取的状态方程、冷凝(FO)条件、核碰撞能量、初始能量密度等。然后回顾了朗道流体模型的纵向膨胀、横向膨胀和最后的锥形运动的计算方法。在这样的框架下，我们得到了计算粒子数分布的基本规律，从中我们体会到了利用朗道流体模型解决核碰撞的简便之处。
　　接着我们绘制了在√SNN=200Gev，的中心金金碰撞产生的粒子的快度分布谱线，因为碰撞后产生的绝大多数粒子是pions，因此我们用pions来模拟所有粒子的快度分布谱线。包括考虑温度的快度分布谱线和没有考虑温度影响的快度分布谱线，以及横质量分布谱线。然后与实验数据对比分析，我们从图中看到要想与实验数据很好的吻合，在计算得到的粒子数分布公式前面需要乘以一个常数因子，而这个常数因子，我们猜想是由于选取朗道流体模型，在考虑纵向膨胀的时候忽略了横向膨胀所引起的。
　　为了验证我们的猜想，我们接着选取不同的FO条件，由原来的τFO=2a到ε=εFO，绘制图像，从图中我们得到了相变的温度很高，而要想从QGP变为强子，温度不应该很高。于是我们选取了不同的状态方程，使相变的温度降低，从而绘制图像分析，从图中我们看到了，虽然换取了LQCD状态方程能使得相转变温度降低，但是与实验数据仍然有差距。在此，为了更精确的描述实验结果，我们还研究了随着出射粒子的质量的增加，这些粒子的分布谱线。都得到同样的结果。因此，我们肯定，这些差距正是由于朗道流体模型没有考虑横向膨胀的原因引起的。
　　最后，我们得到了如果想要更精确的描述高能核碰撞，就必须考虑出射粒子的横向膨胀。特别是，随着碰撞能量的增加，以及出射粒子的质量的增加，横向膨胀带来的横动量谱线斜率变化越大。

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