RHIC-STAR上橢球流的研究.pdf

1、在相對論重離子碰撞的早期，產(chǎn)生出了一種高溫高密的強相互作用的新物質(zhì)形態(tài)。隨后系統(tǒng)的演化則由新物質(zhì)的性質(zhì)決定。在本篇論文中，我們通過測量重離子碰撞中產(chǎn)生的粒子相對于反應平面(由碰撞參量和束流所在的方向決定)的方位角各向異性來研究系統(tǒng)演化的動力學。在非對心碰撞中(碰撞參數(shù)不為零)，參加碰撞的區(qū)域成一個橢球狀，因而在空間坐標中是各向異性的。這種初始的空間坐標中的各向異性會通過相互作用而轉化為末態(tài)動量空間的各向異性。本文中所討論的橢球流，v2，

2、是末態(tài)動量空間粒子方位角分布傅里葉展開式的第二項。由于初始的空間各向異性所產(chǎn)生的壓力梯度隨時間演化迅速消失(自猝滅效應)，橢球流直接于碰撞早期的動力學相聯(lián)系。橢球流的大小強烈依賴于碰撞過程中相互作用的強弱，因此它可以提供早期重離子碰撞中壓力梯度，有效自由度，熱化以及碰撞早期新物質(zhì)形態(tài)狀態(tài)方程的信息。進一步，學習橢圓流在不同對撞能量下對中心度和系統(tǒng)大小的依賴性是研究高能重離子碰撞產(chǎn)生的新物質(zhì)形態(tài)性質(zhì)的有效途徑。
　　 在這篇論文中

3、，我們系統(tǒng)分析了由STAR探測器在2005年RHIC運行中所采集的質(zhì)心系能量為62.4 GeV和200 GeV的銅銅碰撞數(shù)據(jù)和在2007年所采集的9.2 GeV和200GeV金金碰撞事件。我們測量了金金200 GeV碰撞事件中奇異粒子的橢球流。借助于2007年采集的金金200 GeV大統(tǒng)計量數(shù)據(jù)，我們可以精確的測量到多重奇異粒子φ介子和Ω重子的橢球流。由于多重奇異粒子產(chǎn)生于高能重離子碰撞的早期，而且它們具有較小的強子強子相互作用截面，因

4、此多重奇異粒子被認為是能夠反映碰撞早期物理的探針。φ介子和Ω重子顯著的橢球流為部分子層次的集體運動在RHIC的形成提供了強有力的證據(jù)。其中在中橫動量區(qū)(2＜pT＜5 GeV/c)觀察到的組分夸克標度性說明夸克層次的自由度已經(jīng)達到，即在強子化過程之前存在一個解禁閉的狀態(tài)。我們利用STAR采集的不同系統(tǒng)和不同碰撞能量的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的研究了組分夸克的標度性，發(fā)現(xiàn)在62.4 GeV和200 GeV的金金與銅銅碰撞事件中，都能清楚的觀察到這一標度性

5、。實驗結果表明，在質(zhì)心系能量為62.4 GeV和200 GeV的重離子碰撞中所產(chǎn)生的物質(zhì)達到了解禁閉狀態(tài)。
　　 我們測量了銅銅200 GeV碰撞事件中帶電粒子和奇異粒子的橢球流。由于銅銅碰撞系統(tǒng)相比較于金金系統(tǒng)小的多，因此具有較小的末態(tài)多重數(shù)。在這種情況下，如果我們用中間快度區(qū)(|η|＜1.0)所確定的反應平面測量橢球流則會包含較大的非流效應。我們首次采用了用前端快度區(qū)的粒子確定反應平面測量橢球流的方法，使得非流效應在銅銅碰撞

6、系統(tǒng)中所帶來的系統(tǒng)誤差大大降低。利用相同能量下p+p碰撞數(shù)據(jù)，我們分析了橢球流測量中的剩余非流效應。通過對帶電強子以及奇異粒子(K0s，Λ十(Λ)andΞ-+Ξ-+)在不同對心度的橢球流測量并于金金碰撞中的數(shù)據(jù)相比較，我們研究了橢球流對碰撞系統(tǒng)和對心度的依賴性。我們發(fā)現(xiàn)奇異粒子的橢球流相對于橫動量的依賴性與金金碰撞中所表現(xiàn)出來的標度性十分相似：(i)在低橫動量區(qū)，pT＜2 GeV/c，橢球流具有橫能量，mT-m，的標度性；(ii)在中橫

7、動量區(qū)，2＜pT＜4 GeV/c，橢球流具有組分夸克的標度性。碰撞系統(tǒng)的初始條件可以由碰撞區(qū)域的偏心率(ε)來表示，我們發(fā)現(xiàn)不同對心度的橢球流除以其對應的初始幾何條件之后，在越接近對心的碰撞中可觀察到較大的橢球流，這表明集體運動的強弱依賴于對心度。通過對不同對心度及不同碰撞系統(tǒng)的比較，我們發(fā)現(xiàn)橢球流的強弱依賴于一個共同的量，參加反應的核子數(shù)(Npart)。在理想流體力學極限下，由于系統(tǒng)充分熱化，橢球流由初始幾何形狀完全決定。因此這一實驗

8、結果表明理想流體極限在銅銅碰撞中沒有達到，可能是因為完全熱化這一假設并不成立。
　　 由于理想流體力學的基本假設是系統(tǒng)完全熱化，因此比較橢球流的實驗結果與理想流體的計算結果有助于我們研究RHIC能量下重離子碰撞早期所形成的物質(zhì)是否完全熱化。我們的研究表明，理想流體力學的橢球流對橫動量的依賴性的計算結果在不同對心度中與實驗結果不吻合。迄今為止，用于理想流體計算的模型仍有一些因素沒有考慮，諸如初始幾何形狀的逐事件漲落(這一效應尤其對

9、中心碰撞的結果影響較大)，有限的粘滯系數(shù)等。因此，進一步的理論研究需要考量這些因素是否導致了我們所觀察到的實驗數(shù)據(jù)與理論計算的不一致。
　　 利用輸運模型，我們分析了v2/ε對末態(tài)粒子密度的1/S dN/dy依賴性。我們的結果表明，在接近中心的金金200 GeV碰撞中，系統(tǒng)只達到了0.46+0.24-0.27或者0.75+0.14-0.10理想流體力學極限，不同的計算結果分別基于確定碰撞初始條件的模型Glauber與CGC。進一

10、步，通過輸運模型所提取的Knudsen參數(shù)使得我們可以估算有效的部分子散射截面以及剪切粘滯系數(shù)相對于熵密度的比值。
　　 在2008年的測試運行中，STAR探測器成功的采集了三千個金金9.2 GeV碰撞事件。利用這些事件，我們測量了帶電強子，π介子和p重子的橢球流。我們的結果與相同碰撞能量相似碰撞系統(tǒng)NA49實驗組的發(fā)表結果吻合。這表明，STAR探測器在較低能量下運行良好，具有進行束流能量掃描的能力。在即將進行的RHIC能量掃描