相對論重離子碰撞中的部分子強子化輸運模型

《相對論重離子碰撞中的部分子強子化輸運模型》是依託清華大學，由徐喆擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：相對論重離子碰撞中的部分子強子化輸運模型
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：徐喆
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目涉及相對論重離子碰撞中產生的夸克膠子電漿的強子化過程，將套用蒙特卡羅數值計算方法構造新的部分子強子化模型。相對傳統的夸克組合模型，創新發展的強子化模型融入膠子在強子化中的作用，考慮了夸克膠子強子混合系統中強子中的夸克膠子重新解禁閉的反過程，在波爾茲曼輸運方程中增加平均場項，擬合格點QCD計算給出的QCD相變附近的物質狀態方程。理論研究中將引入強子化幾率的新概念，並通過擬合RHIC實驗數據和流體力學計算結果來確定各種不同強子化過程的強子化幾率。新構造的部分子強子化模型將嚴格遵守強子化過程中動量及能量守恆、熵增長等物理學基本規律，為系統地研究強子化過程打下基礎。它是連線夸克膠子輸運模型BAMPS和強子輸運模型UrQMD的紐帶，是完整地模擬相對論重離子碰撞的計算模型中不可缺少的組成部分。本項目的研究將使我們在參與四到五年後開始實驗的FAIR-CBM實驗物理分析中占得先機。

結題摘要

夸克膠子是構成物質的基本粒子，由於禁閉它們不能直接被探測到，因此給探究禁閉這一物理問題帶來困難。在相對論重離子碰撞中能產生大量的夸克膠子，隨著QCD物質的膨脹，當溫度降低到一定值時，夸克膠子物質經過相變禁閉到強子中。對夸克和膠子如何結合成強子的貧乏認識給定量地研究夸克膠子電漿的物理學性質帶來不確定性。另外，正在 RHIC 進行的能量掃描實驗，其目標是尋找QCD相變的臨界點，這對理解QCD相變有著重大的科學意義。項目負責人所申請的面上項目計畫理論研究相對論重離子碰撞中夸克膠子（也稱作部分子）轉變成強子的過程，也稱強子化。 在本項目的執行中，我們建立了描述相對論重離子碰撞中膨脹的夸克膠子氣體到強子氣體的一級相變的輸運模型。在一級相變下，部分子相和強子相的溫度、壓強、化學勢保持相等。這是檢驗我們建立的微觀模型是否適用的必要條件。相對傳統的夸克組合模型，我們創新發展的強子化模型融入了膠子在強子化中的作用。相變的過程是由諸如兩膠子到兩派介子等微觀過程完成的，其發生幾率由巨觀部分子體積和強子體積隨時間的變化來決定。我們建立的模型即使在有粘滯效應的情況下也是非常成功的。在蒙特卡羅模擬計算中我們看到部分子相和強子相的溫度、壓強、化學勢在相變過程中相等並保持不變；總熵隨著粘滯係數的增大而增長。這些都是前人工作中未曾得到的新進展。另外，在有限重子化學勢下，由於重子數守恆，我們發現，對於夸克膠子氣體到強子氣體的一級相變，系統的粘滯係數是確定的值。由於QCD臨界點是一級相變的終點，所以我們的新發現對在重離子碰撞實驗中尋找臨界點有著重要的參考價值。 另外，在本項目原計畫之外，負責人還對相對論重離子碰撞中膠子的玻色-愛因斯坦凝聚、膠子輻射對部分子的集體流和能量損失的貢獻、重夸克產生等熱點課題進行了研究，取得了重要的研究成果。項目執行期間共發表13篇SCI論文，其中2篇發表在Physical Review Letters上。