用AMPT模型研究部分子和強子重散射對橢圓流的影響

周 京， 吳科軍， 馮笙琴

(三峽大學 理學院，湖北 宜昌 443002)

用AMPT模型研究部分子和強子重散射對橢圓流的影響

周 京， 吳科軍， 馮笙琴

(三峽大學 理學院，湖北 宜昌 443002)

本文主要是用AMPT 模型研究在能量為200GeV的Au-Au碰撞中部分子和強子重散射對橢圓流的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)：強子重散射可以增大橢圓流的質(zhì)量劈裂效應(yīng)，部分子重散射會對大橫動量橢圓流部分產(chǎn)生重要影響。

AMPT；強子重散射；部分子重散射；橢圓流

相對論重離子碰撞的一個主要目標就是產(chǎn)生夸克膠子等離子體(QGP)，并且研究QGP的性質(zhì)。 橢圓流主要是由于兩個碰撞核在碰撞時重疊部分會形成一個類似于杏仁核的區(qū)域[1]，進而，在橫向平面上會產(chǎn)生不同的壓強梯度[2]，最終會形成粒子在橫向平面動量空間上分布的各向異性。橢圓流是相對論非中心核-核集體運動所表現(xiàn)出來的一個重要特性。而強子重散射主要是反應(yīng)末態(tài)強子之間的相互作用。橢圓流的各向異性可以通過方位角的傅里葉展開來進行分析[3]。

(1)

這里φ是反應(yīng)方位角，橢圓流的傅里葉系數(shù)是，

(2)

其中<…>是對全部事件中的所有粒子求平均值。

1 AMPT 模型簡介

AMPT模型是描述相對論重離子碰撞的一種混合輸運模型，它主要是包括了四個部分：

1.1 初始狀態(tài)

其中的初始部分的條件是由HIJING[4]來描述，主要就是給出初始激發(fā)弦以及噴注部分子在坐標空間和動量空間的分布情況[5]。其中核子在橫平面的分布形式為Woods-Saxon分布，并且核-核碰撞的次數(shù)是用Glauber模型來計算。碰撞產(chǎn)生的部分子的過程分為軟過程和硬過程。其中硬過程是指動量轉(zhuǎn)移大于2GeV的反應(yīng)過程，這一部分是可以通過微擾QCD直接計算。而軟過程由于無法直接計算，就把它看做是弦的激發(fā)過程。

1.2 部分子的相互作用

部分子的相互作用是通過Zhang’s Parton Cascade[6](ZPC)來實現(xiàn)的。目前ZPC模型只考慮了兩個部分子之間的彈性碰撞。 兩個部分子之間的相互作用主要是通過玻爾茲曼輸運方程來描寫：

(3)

其中σ是部分子的散射截面，f是部分子的分布函數(shù)。在ZPC模型里面，兩個部分子的相互作用截面是用膠子的散射截面來進行計算的。那么根據(jù)微擾QCD，部分子相互作用的總截面：

(4)

1.3 強子化

在AMPT的默認版本中，是通過Lund弦直接碎裂成為強子。在弦融化的版本中，強子化是通過一個簡單的夸克組合模型來實現(xiàn)的。主要表現(xiàn)在兩個距離最近的部分子形成介子，距離最近的3個部分子則形成重子。

1.4 強子之間的相互作用

此部分主要是運用ART[7]模型來反應(yīng)末態(tài)強子之間的相互作用(包括強子重散射)，以及各種共振態(tài)粒子的衰變，還有各種粒子相互作用的反應(yīng)道和反應(yīng)類型。目前，在ART模型中主要包括了重子-重子，重子-介子，介子-介子散射[8]。在AMPT模型中把NTMAX設(shè)置為3，就相當于關(guān)閉強子重散射。

2 計算結(jié)果與分析

圖1分別比較了考慮和忽略強子重散射的情況之下，π,p橢圓流隨橫動量變化特征，我們可以看到在小pT的范圍之內(nèi)π,p的橢圓流是滿足質(zhì)量次序特征(mass-ordering)。所謂質(zhì)量次序特征是指在小pT的范圍之內(nèi)v2隨末態(tài)強子質(zhì)量減小而增大的特征，質(zhì)量次序關(guān)系也是符合相對論性流體力學規(guī)律的。從圖1也可以發(fā)現(xiàn)：與忽略強子重散射過程比較，如果考慮強子重散射過程，橢圓流表現(xiàn)為明顯的質(zhì)量劈裂效應(yīng)，橢圓流的質(zhì)量劈裂效應(yīng)會加強[9]。所謂橢圓流的質(zhì)量劈裂效應(yīng)是指質(zhì)量次序特征在某一特定情況下被加大現(xiàn)象。這個主要是因為在有強子重散射的情況下，一些處于共振態(tài)的強子會衰變?yōu)楸容^穩(wěn)定的末態(tài)強子，比如π,p，從而會改變橢圓流的值。

圖1 空心三角形和空心正方形分別代表的是AMPT模型考慮了強子和部分子重散射的π,p橢圓流分布；實心三角形和實心正方形分別表示的只考慮部分子重散射而忽略強子重散射的π,p橢圓流分布。

圖2 空心正方形表示AMPT模型不考慮部分子和強子所有重散射對應(yīng)的橢圓流分布， 實心正方形表示的是AMPT模型只考慮了強子重散射但忽略了部分子重散射的橢圓流分布。

圖3 實心三角形表示AMPT模型不考慮部分子重散射但考慮了強子重散射對應(yīng)的橢圓流分布， 空心三角形表示的是AMPT模型考慮了所有強子重散射和部分子重散射的橢圓流分布。

3 結(jié)果與分析

本文主要是利用AMPT模型詳細研究了強子和部分子重散射對橢圓流的影響。證實了強子重散射會增強橢圓流的質(zhì)量劈裂，部分子重散射會對大橫動量橢圓流部分產(chǎn)生重要影響。

通過分析發(fā)現(xiàn)：(1)橢圓流主要來自于部分子和強子的重散射，也即是沒有部分子和強子的重散射，就沒有橢圓流。如果在此基礎(chǔ)上只考慮強子重散射，忽略部分子重散射，會發(fā)現(xiàn)橢圓流會有一個相對很大的值，換句話來說，即使是在強子化之前沒有橢圓流，由于強子重散射也會產(chǎn)生橢圓流，這主要是因為強子重散射會改變了末態(tài)強子在動量空間的分布。(2)橢圓流的小橫動量主要是來自于強子重散射的貢獻，而大橫動量橢圓流主要來自部分子重散射的貢獻。

[1] Shuryak E V,Zahed I. Rethinking the Properties of the Quark-Gluon Plasma at[J]. Phys. Rev. C，2004，021901(70)：1-2．

[2] He L, Edmonds T,Lin Z W,etal. Anisotropic parton escape is the dominant source of azimuthal anisotropy in transport models[J]. Phys. Lett. B，2016，506(753)：1-2．

[3] Li L, Li N,Wu Y. Hadronic Transport Effects on Elliptic Flow [J]. Chin. Phys. C，2013，423(36)：1-3.

[5] Wang X N,Gyulassy M. HIJING: A Monte Carlo model for multiple jet production in pp, p A, and A A collisions[J]. Phys. Rev. D，1991，3501(44)：3-5.

[6] Zhang B. ZPC 1.0.1: a parton cascade for ultrarelativistic heavy ion collisions [J]. Comput. Phys. Commun. ，1998，193(109)：4-5.

[7] Andersson B, Gustafson G, Ingelman G,etal. Parton fragmentation and string dynamic Phys. Rept.，1983，31(97)：1-6.

[8] Li B A, Ko C M. Formation of superdense hadronic matter in high energy heavy-ion collisions[J]. Phys. Rev. C, 1995,2037(52):2-20.

[9] Hirano T, Heinz U W, Kharzeev D,etal. Mass ordering of differential elliptic flow and its violation for φ mesons[J]. Phys. Rev. C，2008，044909(77)：2-8.

責任編輯 喻曉敏

The effect of hadronic rescattering on elliptic flow with AMPT model

ZHOU Jing， WU Ke-jun， FENG Sheng-qin

(College of Science, China Three Gorges University, Yichang 443002, Hubei, China)

AMPT；hadronicrescattering；partonicrescattering;ellipticflow

O571.6

A

1003-8078(2016)06-0041-03

2016-08-21 doi 10.3969/j.issn.1003-8078.2016.06.12

周京，男，湖北黃州人，在讀碩士研究生，主要研究方向為高能核物理。

馮笙琴，男，湖北黃梅人，教授，主要研究方向為高能核物理。

國家自然科學基金(11475068;11247021;11447023)。