高能核-核碰撞

高能核-核碰撞（high energy nucleus-nucleus collisions）是指具有很高能量的原子核相碰時，形成一個能量密度很高的碰撞區，入射核和靶核都被高度激發，而後發生碎裂，並且隨之產生許多新的粒子的過程。又稱高能重離子反應（主要指利用重離子加速器等產生的高能重離子束轟擊靶核引起的原子核反應）。

基本介紹

• 中文名：高能核－核碰撞
• 外文名：high energy nucleus-nucleus collisions
• 特徵：形成一個能量密度很高的碰撞區

發展歷史

20世紀50年代，首先從宇宙線的乳膠照片中得到了典型的高能核-核碰撞事例，從而開始用宇宙線研究高能核－核碰撞。早期的工作主要是研究碰撞的截面及碰撞碎片的質量和動量分布。70年代初，美國勞倫斯伯克利實驗室的 Bevatron（以及後來改進的Bevalac）及蘇聯杜布納聯合核子研究所的同步穩相加速器（JINR）等若干高能重離子加速器建成，產生了人工加速的高能重離子束，提供了在實驗室研究高能重離子反應的可能性。70年代開始研究產生基本粒子（如π介子、K介子等）的數目及動量的分布。與此同時，各種唯象的高能重離子反應的模型也發展起來了。隨著理論的發展和人工加速重離子的質量不斷增大，能量不斷提高，又開始探索用高能重離子反應形成核物質的異常態的可能性。

碰撞類型

從碰撞碎片分布的實驗結果分析，高能核-核碰撞可以分為周緣碰撞和對心碰撞兩類。

周緣碰撞

入射核同靶核擦邊而過，僅有少數核子相碰而脫離原子核。入射核同靶核的剩餘部分受到激發，各自發生碎裂。在這類碰撞的乳膠照片上，可以明顯地看到一個高速朝前的入射核碎片形成的錐和一個低速各向同性的靶碎片分布。在高能核-核碰撞中，入射核和靶核的地位是完全對等的。如果轉換到入射核的靜止系中，入射核碎片的動量分布也是各向同性的。更仔細的研究發現，這一動量分布呈高斯型，並且一個核碎片的同位素分布情況是同入射能量及另一核的質量無關的。這一現象表明，周緣碰撞中，一個核的碎裂過程是獨立於它同另一核相碰的激發過程的。

對心碰撞

入射核同靶核完全重疊，發生激烈的碰撞，二者都被擊碎。這類事件（約占全部事件的10%）包含高度的激發及大量次級碎片和其他次級粒子的發射。乳膠照片上顯示出從碰撞點發出的幾十條碎片及產生粒子的徑跡。在對心碰撞中，激發同碎裂過程不再互相獨立，碎片的分布情況也隨靶和入射核的質量而變。

碰撞模型

參加者－旁觀者

主要用於描述周緣碰撞的過程。兩個高能核相碰，首先發生一個快速的碰撞過程。在兩個核相重合的區域內的核子群激烈相碰，它們被稱為“參加者”，而處於兩個核非重合區的核子群只受到輕微的擾動，互相穿過，繼續保持它們原有的速度，被稱為“旁觀者”。對心碰撞中主要是“參加者”。而在周緣碰撞中， 絕大部分核子都是“旁觀 者”。以後，兩個核中的“旁觀者”經歷第二階段：碎片的“蒸發”過程，並形成兩個碎裂區。人們用一些唯象的模型描述這兩個碎裂區的性質，得到半定量的符合。對“參加者”構成的高溫高密度中心區的描述更為複雜，還存在不少尚待解決的問題。火球模型主要用於描述對心碰撞的過程，對“參加者”構成的高溫高密度中心區（稱為核火球）是比較有代表性的一個唯象模型。

多重產生模型

對於碰撞中產生粒子的研究是強子-核子及強子-原子核作用中相應研究的繼續和發展，也是對各種原子核上的多重產生模型的進一步檢驗，絕大部分產生的粒子橫向動量都不大。實驗最初測量了這些低橫向動量產生粒子的數目及縱向動量的分布。原有的多重產生模型則推廣用於解釋這些實驗結果。以後，產生粒子之間的關聯及大橫向動量粒子性質的研究也逐漸引起了重視。實驗和理論都在討論各觀測量隨核的質量數A的α次冪（即A）的變化規律。特別是大橫向動量時α大於1的現象可能顯示了高能核-核碰撞中新的機制。

碰撞和夸克物質

今天不少理論工作者探討反常核物質、夸克-膠子電漿等各種物質新形態存在的可能性，並提出重的重離子在很高能量下對心碰撞後，可能從高溫高密度的中心區產生這些新形態。格點近似方法提供了進行實際計算的工具。現今，各種理論計算正在進行，若干更高能量的重離子加速器也正在設計和改建中。有可能展開一個複雜而有趣的未知領域。