相对论重离子碰撞中QCD相图的描述和夸克胶子等离子体(QGP)性质的研究一直是高能物理实验研究的热点。基于美国相对论重离子对撞机(RHIC)的STAR合作组报道了他们的研究成果, 发现在较低的对撞能量区间(7.7-19.6 GeV)可能存在QCD临界点。

图1  QCD相图

由金小海博士和陈金辉研究员共同撰写的研究论文: “Explore the QCD phase transition phenomena from amultiphase transport model”, 已在2019年第62期的Science China Physics, Mechanics & Astronomy上发表。研究者利用一个扩展的多相输运模型(AMPT), 采用守恒荷作为观测量进行了QCD相变的研究, 发现QCD相变对局域的部分子密度涨落并不是非常敏感。

夸克胶子等离子体被认为存在于宇宙大爆炸后的百万分之几秒内, 但随着宇宙的迅速膨胀, 其温度不断的下降, 由于色禁闭的作用, 正反夸克形成介子, 三个夸克形成重子。物理学家普遍认为在高温高密的情况下可以存在自由的夸克胶子等离子体。RHIC和LHC的加速器可以将核子加速到非常接近(>99.999%)光速的情况, 两个核子以极高的速度进行对撞, 大量的能量被沉积在极小的体积内, 使其能量密度大于理论计算的夸克退禁闭的能量密度值, 因此相对论重离子碰撞为研究 QGP 的性质提供了可能。

多相输运模型(AMPT)是一个用来描述相对论重离子碰撞的组合模型, 由Lin Ziwei和Ko Cheming等多人共同创建。该模型可以描述实验上已经发现的物理现象, 并且对潜在的物理发现具有很好的预测性, 可以为实验的进行提供一定的指导作用。研究者为了描述重离子碰撞中可能存在的QCD临界现象, 在AMPT模型表示部分子相互作用的后半段引入了一个较强的部分子密度涨落。研究者认为部分子相互作用后半段的密度涨落可以较好地表示实验上可能存在的QCD临界现象带来的物理效果, 接着以实验上可能存在临界点的对撞能量进行模拟, 以重子数的涨落作为观测量, 采取和STAR实验组相同的分析条件, 进行了质子数、净质子数、净核子数和净重子数涨落的研究, 同时也研究了不同的观测窗口条件对观测量带来的影响。研究发现局域的部分子密度涨落对末态守恒荷的影响并不是太明显。

这一项研究不仅丰富了人们对QCD临界现象的认识, 也为实验上观测量的寻找提供了可能的依据。最重要的是也为STAR合作组二期的实验研究提供了可参考的依据。

该项研究由金小海、陈金辉、林子威、马国亮等共同完成, 并得到国家自然科学基金项目(No. 11775288, 11421505)的资助。

更多详情请阅读原文:

Jin XiaoHai, ChenJinHui, Lin ZiWei, Ma GuoLiang, Ma YuGang, Zhang Song,  Explore the QCD phase transition phenomenafrom a multiphase transport model. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy 62(1), 011012(2019)

http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCPMA/62/1/10.1007/s11433-018-9272-4?slug=full%20text

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