相对论重离子碰撞中C

 2022-01-17 11:01

论文总字数:13670字

目 录

中文摘要…………………………………………………………………3

英文摘要…………………………………………………………………4

1夸克和量子色动力学(QCD)…………………………………………5

1.1夸克……………………………………………………………………………5

1.2量子色动力学…………………………………………………………………5

2相对论重离子碰撞和QCD相变………………………………………8

2.1相对论重离子碰撞…………………………………………………………8

2.2 QCD相变………………………………………………………………………8

2.3/在QCD相变附近的行为………………………………………………9

3正态分布和中心极限定理…………………………………………10

3.1正态分布…………………………………………………………………10

3.1.1分布曲线特征………………………………………………………10

3.1.2参数含义……………………………………………………………11

3.2中心极限定理……………………………………………………………11

4/的测量…………………………………………………………12

4.1UrQMD模型简介……………………………………………………………12

4.2重离子碰撞中的常用物理量………………………………………………12

4.3/的误差及需要的统计量估计………………………………………12

4.4 /在UrQMD模型中的行为……………………………………………15

5总结……………………………………………………………………16

参考文献………………………………………………………………17

致谢……………………………………………………………………18

相对论重离子碰撞中/的测量

陈风帅

Abstract: Quantum chromodynamics is a normative theory of strong interaction, It is called QCD. The QCD and many theoretical models predict that the sixth order moments of the conservation charge are very sensitive to the QCD phase transition. It is predicted that in the vicinity of the QCD phase transition, the ratio of the sixth moment to the second order moment (/) will appear nonmonotonic behavior, and its value will change from positive to negative. At present, the experiment has tried to use / to explore QCD phase transition. But because the sixth order moment is very high, we found that its experimental measurement is very difficult. The statistical error of/is still very large under the statistics of the second stage energy scanning program (BES II) proposed by the Brookhaven National Laboratory, so that the change in the predicted value of the theory is covered by statistical error. At the same time, we also used the UrQMDtransport model to study the energy dependence of C6/C2. No signal of energy dependency is observed.

Key words: Relativistic heavy ion collisions / UrQMD model

1夸克和量子色动力学(QCD)

1.1夸克

我们知道,组成物质的粒子--原子是由原子核与核外电子组成,质子和中子组成了原子核。夸克组成了质子和中子。夸克是一种基本粒子。夸克的种类被称作夸克的‘味’。夸克一共有六种味,它们分别是上夸克、下夸克、 粲(can)夸克、奇夸克、底夸克和顶夸克。我们学过,夸克的自旋是二分之一。质子与电子的电荷都是整数,我们也习惯于电荷是是整数的粒子,但是奇怪的是夸克的电荷值不是整数,而是分数——它是基本电荷(即e)的负三分之一或者基本电荷的三分之二,夸克的种类决定了夸克的电荷值。“上型夸克”即上夸克、粲夸克以及顶夸克这三种夸克的电荷是 2⁄3e,而“下型夸克”即下夸克、奇夸克和底夸克的电荷则是−1⁄3e。在我们的印象中,物质的粒子一般电荷都是正的,而反物质粒子的电荷一般是负的,如质子和反质子。夸克不仅电荷为分数,并且电荷竟然有负值,这是与其他粒子所不同的。在标准模型中,夸克是唯一的一种能够承受所有的四种基本相互作用(这四种基本作用分别是电磁作用、引力作用、强相互作用及弱相互作用)的基本粒子(这四种作用我们还会介绍)。正如前文所述,夸克是唯一的电荷为分数、并且电荷有负值的基本粒子。与其他粒子相同,每一种夸克,都对应着一种反粒子,这种反粒子被称作反夸克,反夸克的电荷和夸克是相反的。 下表是夸克的质量。

表1 夸克的质量

夸克

上夸克

下夸克

粲夸克

奇夸克

顶夸克

底夸克

质量(MEV/C2)

1.7 to 3.3

4.1 to 5.8

1,270 70−90

101 29−21

172,000±900 ±1,300

4,190 180−60

1.2量子色动力学

量子色动力学(简称QCD)是一种用于描述强相互作用的规范理论。

在自然界中一共有四种基本作用力,它们分别是引力、电磁力、弱核力、强核力。牛顿发现了万有引力,为什么说引力是万有的?其实这也就是说(换一种说法),每一个粒子都会因为这个粒子本身的它自己的质量或者它自己的能量从而感受到其他粒子的对它的引力。然而,引力却是四种基本作用力当中最弱的一种力。引力是那么那么弱,但它有两个很特别的性质。这个两个很特别的性质就是,万有引力可以作用到非常非常大的距离上,并且引力总是互相吸引的(这就是为什么叫做引力)。我们举个例子,例如地球和太阳,本身的质量很大,每个单独粒子之间的引力虽然比较弱,但是所有的粒子的力叠加起来,还是能够使地球绕着太阳公转。用量子力学的方法去研究力场,科学家们定义了一种携带两个粒子之间引力的粒子——引力子,引力子的自旋为2,,引力子本身是没有质量的,因此引力子携带的力是长程的。同样是太阳和地球的例子,太阳和地球之间的引力,我们可以看作是构成太阳和地球的所有粒子之间的引力子的交换。虽然太阳和地球交换的粒子是虚的(即不存在的),但是确实产生了科学家们可以测量到的一种众所周知的效应—地球总是绕着太阳公转!实引力子构成了引力波(广义相对论预言了引力波的存在),引力波特别弱,所以观测到引力波十分困难的,但是困难并不代表做不到。2016年6月16日,引力波信号被探测到。第二种力是电磁力。电磁力只会作用于带电荷的粒子(比如质子),并不会作用于不带电荷的粒子(例如中子)。电磁力比引力强很多。众所周知,自然界中存在着两种电荷—这两种电荷分别是正电荷和负电荷。这里有一个大家熟知的定理:如果是同种电荷,它们之间的作用力是相互排斥的,如果是异性电荷,他们之间的作用力是相互吸引的(同性相斥,异性相吸)。很多物体之间的正电荷和负电荷的数量几乎是相等的,正电荷和负电荷相互抵消,所以在现实生活中很多物体表现为中性。电磁力在小尺度下起主要作用。如果电子从高能级跃迁到低能级(离原子核近),那么就会以发射出实光子的形式释放能量。相同的道理,如果一个光子与一个原子发生了碰撞(原子吸收了光子的能量),那么就可以将电子从低能级跃迁到高能级,这样光子的能量就被原子吸收了。第三种力叫做弱核力。放射性现象被弱核力制约着。奇怪的是,弱核力只能作用于自旋为二分之一的物质粒子,而对自旋不是二分之一的粒子却不起作用。1967年,弱相互作用和电磁作用的统一理论被提出了,这时我们才很好的理解了弱相互作用。这个理论的提出,引起了物理学界的巨大的震动,就像大约一百年前伟大科学家麦克斯韦将电学和磁学统一为电磁学一样。这个理论认为,除了光子之外,还存在其他3个基本粒子,它们的自旋为1,携带弱核力,被统称作重矢量玻色子。这个理论表明,如果在较低的能量状态下,一些粒子也许会看起来完全是不同的,但是实际上这些看似不同的粒子只过是同一类粒子的不同状态。而在比较高的能量状态下,所有的这些粒子都会呈现出比较相似的行为。在这个理论当中,如果能量大大超过100G电子伏,这新发现的三种粒子就会和光子呈现出来的的行为方式非常相似。第四种基本作用力是强核力。强核力将原子核中的质子和原子核中的中子中的夸克紧紧地束缚在一起,并且将原子中的质子和原子中的中子束缚在一起。科学界一般认为,一种粒子,它的自旋为1,这种粒子携带强核力,并且这种粒子就叫做胶子。胶子只能与夸克或者胶子本身发生相互作用。强核力具有一种在我们看来比较古怪的性质,这种性质被称为禁闭性:总是把粒子束缚成一种没有颜色的结合体。夸克是具有颜色的(夸克共有3种颜色,它的颜色分别是红色、绿色、蓝色),在现实情况下,科学家们还无法获得一个单独的夸克。一个红夸克可以和一个蓝夸克再加上一个绿夸克结合在一起,但是必须使用一串胶子。这种结合就构成了我们大家所熟悉的组成原子核的质子和中子。还有一种情况就是由一个反夸克以及一个夸克的结合,这种结合构成了一种粒子,这种粒子就叫做介子。介子有一个特点那就是很不稳定,原因很简单,反夸克和夸克遇到一起会相互湮灭从而产生电子以及其他种类的粒子(物质与其对应的反物质会发生湮灭)。与此相似,因为胶子也是有颜色的,由于色禁闭的性质,科学家们也无法获得单独的胶子。又是由于色禁闭,科学家无法观察到一个孤立的胶子或者夸克。强核力还有一种渐性质,叫做渐进自由。在正常能量下,强核力是很强的,夸克被强核力很紧的捆在一起。然而,大型粒子加速器的实验指出,在比较高的能量状态下,强核力就会变得非常非常弱,这时夸克和胶子的行为方式非常像自由粒子。以上就是四种基本相互作用的简介。

量子色动力学(它的简称是QCD,下文中我们会常用这个简称 )描述了能够组成强相互作用的粒子(强相互作用的粒子又简称为强子)的夸克和与色量子数相互联系的规范场的相互作用,量子色动力学可以用来去描述强子的结构和强子之间的强相互作用。量子色动力学(QCD)表明,普通强子物质在极端高温高密条件下可能发生退禁闭相变,从而形成夸克胶子等离子体(QGP)。【1】QCD理论描述夸克和胶子之间的强相互作用,它会有两个比较特别的性质:“夸克禁闭”和“渐进自由”(在上文已经提到并介绍)。在一般的条件下,由于夸克禁闭的这种性质,科学家们还无法直接观测到自由的夸克。由于这个原因,夸克或者被分离出来;或者夸克只能在强子中被找到。我们大多时候从对强子的观测中去了解夸克。

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