高能重离子碰撞中pion介子和奇异粒子研究获重要进展

2011-1-24 17:02 来源: 中国科学院
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  近日,中科院近代物理研究所原子核理论组研究人员基于自己发展的兰州量子分子动力学(LQMD)模型,对高能重离子碰撞中产生的π介子和奇异粒子(K, ∧和Σ)进行了深入研究。计算结果表明,本模型能够很好地描述介子产额、π-/π+激发函数、横向动量分布等实验观测量,为将来进一步分析兰州CSR上的实验数据提供了理论依据。

  高密区域同位旋非对称核物质性质是理解天体演化相关物理问题的重要参量,如中子星性质、超星系爆发等。目前,人们对高密区域同位旋非对称核物质状态性质了解甚少。高能重离子加速器的建造为研究高密核物质相图提供了重要平台,如我国的兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR),德国的SIS18等。在实验室里提取重离子碰撞高密区域有关的物理观测量会受到核介质效应的影响,可以借助输运模型来研究重离子碰撞形成的高密核物质相图信息。高能重离子碰撞中π介子和奇异粒子主要是在高密区域发射的,即大于核物质饱和密度ρ0,如图1给出了197Au+197Au碰撞中心密度和粒子产生随时间的演化。可以看到,K (K0和K+)介子主要在碰撞系统演化早期产生,因此K介子是探针高密核物质相图的重要观测量,而∧和∑由于奇异数交换需要更长时间达到平衡。图2是基于LQMD计算的该系统中心碰撞下库仑能、对称能和π光学势对π介子产生横向动量影响。可以看到,考虑了π势后增加了高动量π介子的产生,从而改善了计算结果。由图3可知,π产生多重性对于库仑能、对称能和π势的依赖性不敏感。库仑能和对称能会影响π-/π+比值,而π势对其影响不大。因此在由π-/π+比值提取高密对称能信息时可以不考虑π势的影响。

  基于LQMD模型,科研人员分析了π介子直接流的分布,并与质子流做了比较,如图4所示。由于“阴影效应”,即π 介子产生后受到“旁观”核子的吸收(πN→Δ),以及π和核子库仑作用的影响,周边碰撞时π介子流呈现出与质子流相反的趋势。计算结果能够与FOPI合作组测量的实验数据较好地符合。科研人员在LQMD模型中考虑了强子-强子碰撞产生K介子的所有反应道,在域能附近最主要的反应道有BB→BYK和πB→YK,其中B(N,Δ),Y(∧,Σ)和K(K0,K+)。πB→YK道对K产生大概有1/3贡献。图5给出了重系统197Au+197Au和轻系统12C+12C碰撞产生奇异粒子激发函数,并与KaoS合作组实验数据(K+)做了比较。

  相关研究结果发表在Physical Review C 82, 044615 (2010); 82, 057901(2010)。该项研究得到国家自然科学基金、中国科学院“院长奖学金获得者”专项基金和中国科学院西部之光“西部博士”项目资助。

图1  在实验室系入射能量1.5A GeV时197Au+197Au碰撞中心密度和π,K,∧,∑产生随时间的演化

图2  在LQMD模型中考虑库仑能、对称能和π光学势计算的系统197Au+197Au在入射能量1A GeV时横向动量分布与实验数据比较

图3  库仑能、对称能和π光学势对系统197Au+197Au碰撞中π多重性和π-/π+比值的影响

图4 入射能量1.5A GeV时系统197Au+197Au在近中心和周边碰撞时LQMD模型计算的π和质子直接流与实验数据比较

图5  LQMD模型计算的系统197Au+197Au和12C+12C碰撞产生奇异粒子激发函数与实验数据(K+)比较