GeV Au-Au碰撞中帶負(fù)電強(qiáng)子的贗快度分布

孫建新

(山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，山西大同037009)

孫建新

(山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，山西大同037009)

本文通過雙柱熱模型研究了GeV Au-Au碰撞中不同中心度產(chǎn)生的帶負(fù)電強(qiáng)子的贗快度分布，得到了相互作用系統(tǒng)各參數(shù)與中心度數(shù)值的關(guān)系。計(jì)算結(jié)果與SRAT合作組測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致，表明雙柱熱模型可以很好的描述Au-Au碰撞中帶負(fù)電強(qiáng)子的贗快度分布。

贗快度;高能;中心度

位于美國(guó)的布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（BNL）的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)（RHIC）是世界上有能力進(jìn)行重離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)的第一臺(tái)加速器。相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)主要對(duì)金離子開展實(shí)驗(yàn)。金離子原子核的內(nèi)部有很多核子。在一定條件下，通過金離子的對(duì)撞能夠產(chǎn)生大量的粒子，可以為研究人員提供碰撞區(qū)域內(nèi)形成的環(huán)境信息。為進(jìn)一步了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，以及未知的新物理提供幫助。

相對(duì)論重離子實(shí)驗(yàn)的主要目的是研究極端條件下的核物質(zhì)，也就是期望強(qiáng)子物質(zhì)通過一個(gè)相變轉(zhuǎn)變?yōu)榉Q做夸克-膠子等離子體的一個(gè)新的物質(zhì)狀態(tài)。對(duì)一個(gè)熱化系統(tǒng)經(jīng)過相變，它的溫度隨著系統(tǒng)熵密度的變化表現(xiàn)為三個(gè)階段，相變前期望溫度增加，相變期間溫度不變，相變后溫度繼續(xù)增加[1]。溫度漲落也是被建議作為觀測(cè)QCD臨界點(diǎn)存在的一個(gè)信號(hào)[2]。這些行為可以通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)定量來研究，也就是平均橫動(dòng)量＜pT＞和在中快度處的贗快度密度dN/dh，對(duì)于不同的碰撞參數(shù)或中心度，他們的值不同。這兩個(gè)變量對(duì)系統(tǒng)的演化還能夠提供一些其他信息。贗快度密度能夠提供系統(tǒng)能量密度的信息，這對(duì)于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是非常重要的[3]。另外，贗快度分布形狀的變化可以提供夸克-膠子等離子體相形成的線索。

先前有研究人員對(duì)光子[4-6]和中性介子[7-9]做了一些研究，然而，由于實(shí)驗(yàn)室光子分布的精密測(cè)量比較困難，更多的研究是針對(duì)帶電粒子的。射出的帶電粒子的贗快度分布是相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)碰撞實(shí)驗(yàn)上易于測(cè)量的基本量之一。粒子密度對(duì)軟過程和硬過程的相對(duì)貢獻(xiàn)比較敏感，軟過程與非微擾QCD機(jī)制相關(guān)的較長(zhǎng)長(zhǎng)度尺度有關(guān)，硬過程與部分子過程相關(guān)[10]。本文通過雙柱熱模型對(duì)碰撞能量為碰撞中不同中心度產(chǎn)生的帶負(fù)電強(qiáng)子的贗快度分布進(jìn)行研究。

1 模型和公式

根據(jù)雙柱熱模型[11-13]，在高能碰撞中，假設(shè)形成兩個(gè)熱化柱，每個(gè)熱化柱由很多產(chǎn)生粒子和核碎片組成的發(fā)射源組成，每一個(gè)發(fā)射源被看作是經(jīng)典理想氣體的熱平衡系統(tǒng)。在靜止參考系中，假設(shè)每個(gè)源各向同性發(fā)射粒子，粒子動(dòng)量的三個(gè)分量服從高斯分布，有相同的分布寬度。在快度空間，由于每一個(gè)源的快度不同，不同的源處于不同的位置，在高能碰撞中可以通過兩個(gè)熱化柱（也就是射彈柱和靶柱）去描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在快度（y）和贗快度（h）的描述中，通?？梢酝ㄟ^單高斯分布或雙高斯分布描述。一般來說，能量不太高時(shí)通過單高斯分布描述，而對(duì)于能量較高時(shí)，通過雙高斯分布描述。對(duì)于各向同性發(fā)射，單個(gè)源產(chǎn)生的粒子的贗快度分布可用快度（yx）表示為[14]

最后狀態(tài)，歸一化的贗快度分布通過雙柱熱模型可表示為[15]

其中，KP和KT表示射彈柱和靶柱對(duì)贗快度分布的貢獻(xiàn)，yPmin,和yPmax（yTmin和yTmax）分別表示射彈（靶）柱的最大和最小快度移動(dòng)。對(duì)于一個(gè)對(duì)稱性碰撞系統(tǒng)來說，比如本文研究的Au-Au碰撞，各參數(shù)有KP=KT=0.5，yPmax=-yTmin，yPmin=-yTmax。實(shí)際上，對(duì)于本文研究的Au-Au碰撞系統(tǒng)，只有兩個(gè)自由參數(shù)yP-min和yPmax。由于高能描述中y≈h，在本文研究中沒有區(qū)分y和h。

2 理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較

圖1描述的是中心度分別為Top 5%、5-10%、10-20%、20-30%、30-40%、40-50%、50-60%、60-70%、70-80%，碰撞中產(chǎn)生的帶負(fù)電強(qiáng)子的贗快度分布。圖中不同的符號(hào)分別表示STAR合作組測(cè)量的對(duì)應(yīng)不同中心度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[16]，曲線表示對(duì)應(yīng)不同中心度的理論計(jì)算結(jié)果。從圖中可以看出，理論曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致，雙柱熱模型可以很好的描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖中不同中心度對(duì)應(yīng)的參數(shù)值在表1中列出。不同中心度的參數(shù)值yPmax（-yTmin）一致，這與先前的研究結(jié)果[17]一致，而參數(shù)值yPmin（-yTmax）隨中心度數(shù)值的增大而輕微的減小，計(jì)算中，通過擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到不同中心度對(duì)應(yīng)的歸一化常數(shù)Nc在表1中列出，同時(shí)表1中給出了對(duì)應(yīng)不同中心度的每自由度c2（c2/dof）值。碰撞中不同中心度產(chǎn)生的帶負(fù)電強(qiáng)子的贗快度分布圖

圖1

表1 圖1中曲線對(duì)應(yīng)的各參數(shù)值與χ2/dof值

根據(jù)表1得到的不同中心度對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，由計(jì)算得到了不同參數(shù)值隨中心度數(shù)值變化的函數(shù)曲線，如圖2所示。圖2中符號(hào)表示擬合圖1中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的對(duì)應(yīng)不同中心度的參數(shù)值，曲線表示不同參數(shù)與中心度數(shù)值間的擬合函數(shù)曲線。圖2中參數(shù)yPmax(-yTmin)=3.100±0.100和KP=KT=0.500是常數(shù)，另外兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系可表示為

圖2 各參數(shù)值隨中心度數(shù)值變化的函數(shù)關(guān)系

其中c表示中心度數(shù)值，取作百分?jǐn)?shù)。描述參數(shù)yPmin（-yTmax）和Nc相應(yīng)曲線對(duì)應(yīng)的c2/dof值分別為0.028和0.391。

射彈柱和靶柱的總長(zhǎng)度是常數(shù)值，L=6.200±0.200,而對(duì)應(yīng)的單個(gè)射彈柱或靶柱的長(zhǎng)度為

上式表明單柱的長(zhǎng)度隨中心度數(shù)值的增加而輕微的增加。兩柱的間距為

上式表明兩柱的間距隨中心度數(shù)值的增加而輕微的減小。

3 結(jié)論

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Pseudorapidity Distributions of Negatively Charged Hadron in Au-Au Collisions at

SUN Jian-xin
(School of Physics and Electronic Science,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037009)

The pseudorapidity distributions of negatively charged hadron in Au-Au collisions atare investigated by using a double cylinder thermalization model,the relationship between various parameters and centrality numerical value in the interacting system are obtained.The calculated results are in agreement with the experimental data of the STAR collaborations,It is shown that the model can describe well the pseudorapidity distribution of negatively charged hadron in Au-Au collisions.

pseudorapidity；high energy；centrality

O572.25

A

1674-0874(2015)04-0021-04

2015-01-16

孫建新(1979-)，男，山西山陰人，博士，講師，研究方向：高能核物理。

〔責(zé)任編輯 高彩云〕