相对论重离子碰撞中初态核效应对直接光子谱的影响

相对论重 离子碰撞 中初 态核效应对直 接光子谱 的影响
周 丽 娟
（ 西 工 学 院 信 息 与计 算 科 学 系 ， 广 广西 柳 州 ５ ５ ０ ） ４ ０ ６ 摘 要 ： 次 领 头 阶部 分 子 模 型 的 基 础 上 ， 过 采 用 不 同 的 初 态 核 效 应 参 数 化 因 子 ， 究 了相 对 论 重 离 子 碰撞 中初 态 在 通 研
第２ ２卷 第 ３期 ２ １ 年 ９月 ０１
广 西 工 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬＯＦ ＧＵＡＮＧＸ ＮＩ ＩＵ ＶＥＲＳＴ ＯＦＴ ＨＮＯＬ Ｉ Ｙ ＥＣ ＯＧＹ
Ｖ０．２ １ Ｎｏ３ ２ ． Ｓ ｐ ２ １ ｅ．０ １
文章编号 １０ －４ ０ ２ １ ）３０ １—４ ０ ４６ １ （０ ０ －０ ９０ １
能量损失效应． 在此主要研究大横 动量的直接光子产生 ， 因此不涉及末态 能量损 失效应 ， 只考虑初态的核
收 稿 日期 ：０ １０ －５ ２ １－７ １
基金项目： 广西青年基金（ ９ １ｏ ） ０ ９ ０ ９ 资助．
作 者 简 介 ： 丽 娟 ， 教 授 ， 士 。 究 方 向 ： 子 物 理 与 核 物 理 研 究 ．ｍａｌｈｕｉ ａ０ ＠ｈｔ ｉｅｍ． 周 副 博 研 粒 Ｅ ｉｚｏｌｕｎ ５ ｏ ｌ ｏ ： ｊ ｍａ ．
文 献 标 志 码 ： Ａ
０ 引言
２ Ｏ世 纪 ７ Ｏ年 代 。李 政 道 和 Ｇ．． ｃ 言通 过 相 对 论 高能 重离 子 碰 撞 有 可 能 在 一 定 的 空 间 区域 内形 ＣＷｉｋ预
成高温高密系统 ， 使能量密度达到产生夸克解禁闭的阈值 ， 从而形成一种新 的物质形态一夸克胶子等离子 体 （ ｕｒ Ｇｕｎ ｓ ａ Ｑ Ｐ ． Ｑ ａｋ ｌ ｍ － Ｇ ） ｏ Ｈａ 这一预言极大地推动了重离 子碰撞理论 和实验 的发展 。 使其成为物理学的
程产生 的部分子与高温高密介质 中的热部分子通过康普顿过程或正反夸 克湮 灭过程产生 的光子 ． 即喷注一 光子转化 （ ｔ ｈｔ ｎｅｓ ｎ ． Ｊ ． ｏ ｎ ｏｖｒ ｏ ） ｅＰ ｏ ｃ ｉ 本工作主要感兴趣的是由硬过程产生 的光子．
研究核一 核碰撞 ，必须在核子一 核子碰撞 的部分子模型基础上考虑核子束缚在原子核中 由于部分子多 重散射和衍射所 导致 的核介 质效应． 这种核介质效应包括两种 ： 一种 是初态 的核介 质效应 。 一种是末 态的
核子 中的分布函数的比值 墨
第 ３期
周 丽 娟 ： 对 论 重 离 子 碰撞 中初 态 核 效 应 对 直 接 光 子谱 的影 响 相
２ １
低． 同时 。 对于核反遮蔽效应是否存在 ， 各个研究组的结论也不尽相 同 ， 例如 ， ｘ － ．处 ，Ｋ ９ 和 Ｅ Ｓ ８ 在 ￣０１ Ｅ Ｓ ８ ． Ｐ ０ 模 型 都 预言 有 强烈 的核 反 遮 蔽 效应 ， Ｄ 而 Ｓ模 型预 言 在 这 一 区 间 不存 在 核 反 遮 蔽 效 应 ． 因此 ， 究 核 遮蔽 效 研 应 的大小以及核反遮蔽效应 的存在与否成为重离子碰撞 中的一个 重要 问题． 在本工作 中， 图通过研究高 试
分别用 Ｅ Ｓ ８ Ｅ Ｓ ８ Ｄ 、 Ｋ Ｋ ９ 、Ｐ ０ 、 Ｓ Ｈ Ｎ４种核修正因子作为输入参 数预言的直接光子产生 的核修正 因子 的动量分布． 图中发 从 现 ，对于不同的核修 正因子模型 ，直接光子的核修正因子
Ｐｎ ，Ｖ ｔｅ Ｃ
圈 ２ 在 ｐ Ａｕ碰 撞 中 由不 同 的核 修 正 因 子 ＋
能 重离 子 碰撞 中直 接光 子产 生 来 找 到 一个 区分 不 同初 态 核 效应 模 型 的有 利 工具 ．
３ 数 值 结 果
取 ｐ Ｐ碰撞 中直 接 光 子横 动 量 谱 作 为 参 照 ， 究 高 能重 离子 碰 撞 产 生 的热 密 介 质 对 直 接 光子 在 ｐ Ａ ＋ 研 ＋ｕ
其中， 核修正因子对空间存在如下依赖关 系［ ， ¨］ （ ，２ ）１ ［ （ ， 一 ｘ／ ， ： ＋ ） １】 ｚ，
在公 式 （） ５ 中的 核 修 正 因子 Ｉ蹦（ ）分 别 采 用 Ｅ Ｓ８５ ｓ ， ， Ｋ ９ ［、 ］
（ ４ ）
（） ５
．
ｌ （ ｒ ｄ ）
核 一 碰撞 中 ， 核 由于 核介 质 效 应 ， 生 的光 子 根 据 反 应 过 程 可 分 为 ： 产 由软 过 程 产 生 的 软 光 子 ， 括 热 光 子 和 包 衰变光子 ； 由硬 过 程 产 生 的硬 光 子 ， 括 直 接 光 子 和碎 裂 光 子 ， 包 以及 ２ ０ ｏ ３年 由 Ｒ．Ｆ ｅｔ提 出 的一 个 硬 过 Ｊ ｒ ｓ］ ．ｉ －
化模 型 给 出不 同的 比值 Ｒ 横 坐 标 表 示 动 量 份 额 ． 量 份 额 在动 ｘ Ｏ１和 ０３ｘ ０７这 两 个 区 间 ， 测 到 明 显 小 于 １ 即 在 核 ＜． ．＜ ＜ ． 观 ，
结构 函数中存在明显损耗 ， 这种ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ耗效应 叫核遮蔽效应 ； 当动 量份额 为 ０１ｘ ０ ． ＜ ． ， 以看到核结构函数存在 明显增强 ， ＜ ３时 可 这 种增强效应叫核反遮蔽效应。 从图 １ 可知 ， 不同的研究组 给出的
（ １ ）
其 中 钆＝ ｒ了 ／２。 ｒ ， ＝ ｅ ／２－ ｅ ） ： ｖ ／ ／ 厶 （ ， 是 自由核子中的部分子分 （ ｅ ）（ｘ ） （， ）（－ｒ ， ２ 、 ． ） Ｃ ｘ ｘ
布函数 ， 在工作 中采用 Ｃ Ｅ ６ 的参数化形式 ； Ｔ ＱＭ 是在核子中找到部分子 口的能量份额 ； ｄ 是领头阶直 ｄ ／ 接光子产生的散射截面． 于直接光子产生领头 阶的次领头阶修正 ， Ｏ ａ ） 对 用 （。 来表示 ［在 本 工作 中对 于 ２ ２ ］
Ｑ Ｐ物质 ． Ｇ 这为寻找 Ｑ Ｐ及研究这种新 的物质形态提供了前所未有的机会． Ｇ
通过多年的研究 ， 人们相继提出了一些物理观测量 ， 期望通 过这些物理观测量来判定夸克胶子等离子 体是否形成 ， 例如 ： 奇异粒子对产额 的增 长 ， ￣压低 ， Ｊ ／ 集体 流效应 等． 中 ， 其 大横动量 的光 子产生被认为是 研究 Ｑ Ｐ物质形态 的理想指针信号． Ｇ 光子作为指针信号的优点在于 ： 光子与其 它粒子 间的相互作用为 电磁 相互作用 ， 电磁耦合 常数 （ ｅ ￣－
ｒ
＜ｒ ＞ ｂ（） Ｊ ＝Ｉ２Ａ ； 『 、 ｂ ｄｔｂ 对于Ａ ＋ｕ ｕＡ 碰撞， ＜ ＞ ＝
， ， ． ．
Ｊ
１ ２ Ｉ ｒｔ （Ｉ — ） ６ ｄ ｄ ） ｒ１ ． ｂ
Ｊ
图２ 是在 Ｒ Ｉ （／ ２ ０ ｅ 能量下 ｐ Ａ 碰撞 中 ， Ｈ Ｃ ｘ ｓ＝ ０ Ｖ） Ｇ ＋ｕ
ｌ ， ｊ
） 非常小 ， 以平 均 自由程 比较大 ， 所 产生 的光 子不 与其它粒子发生强相互
作用 ， 能够离开碰撞 区域被探测到 ， 并携带 Ｑ Ｐ的热力学信息． Ｇ
在核子一 子碰撞 中产生的光子根据反应过程可分为 ： 核 由软过程产生 的软光 子 ， 即衰变光子 ； 由硬过程 产生 的硬光子 ， 包括直接光 子（ 分部分 子直接通过湮灭 过程或康普 顿过程 产生 的光 子 ） 组 和碎裂光子． 在
一
个 主流研究方向． 上世纪 ８ ０年代美 国布鲁 克海文 国家实验 室（ Ｎ ） Ａ Ｓ和欧洲 核子 中心（ Ｅ Ｎ 的 ＢＬ的 Ｇ ＣＲ ）
Ｓ ｓ开始运行 ， ０ Ｐ ２ ０年相对论 重离子对撞机 （ Ｈ Ｃ 在 Ｂ Ｌ的建成运行 ， ０ Ｒ Ｉ） Ｎ 至今 已经积累了大量实验数据． 通 过对这些实验数据的分析和计算表明 ： Ｒ Ｉ 在 Ｈ Ｃ的 Ａ ＋Ａ ｕ ｕ对心碰撞实验 中已经产生了一种非常粘稠 的不 能用强子 自由度来描述 的部分子物质 。 而这种部分子极有可能是一种强耦合 的夸克胶子等离子体（ ｒｎｌ ｓ ｏｇ ｔ ｙ ｃｕ ｌ ｕｒ Ｇｕｎ ｌ ｍ － ｓ Ｇ ） ｏｐ ｄ ａｋ ｌ ａ ａ Ｑ Ｐ ． ｅＱ ｏＰ ｓ 预计 已经在 Ｃ Ｒ Ｅ Ｎ运行 的大型强 子对撞机 （Ｈ ） Ｌ Ｃ 将产 生寿命更 长 的
和 Ａ ＋ ｕ碰撞 中的影响． ， ｕＡ 为此 定义核修正因子如下［： 】
ｄ ＜ ） ｄ ｏ ％Ａ Ａ ／ｙ ￣ ｄｒ Ａ
㈧
．
＞
（） ６
上式 中， 分子是在单 位快度 区 ｐ Ａ （ ｕ Ａ ） ＋ ｕ Ａ ＋ ｕ 碰撞 中直接 光 子产生 的不 变微分散射 截面 ， 分母是 ｐ ｐ碰撞 中直接光 子 ＋ 产生 的不变微分散射 截面．Ⅳ ＞ ＜ ｂ 是核 Ａ和核 Ｂ在某一 碰 撞参数 ｂ碰撞 时核核碰撞 的平 均数． ｐ Ａ 碰撞 ， 对 ＋ｕ
预 言 的 直 接 光 子 的 核修 正 因子
尺 有着不 同的行 为． ３是在 Ｒ Ｉ （ ／ ２０Ｇ Ｖ 能 量 图 ＨＣ 、 ｓ＝０ ｅ ） 下 Ａ ＋ ｕ碰撞 中 。 ｕＡ 分别用 Ｅ Ｓ ８ Ｅ Ｓ ８ Ｄ 、 Ｋ 种 核修 Ｋ ９ 、Ｐ ０ 、 Ｓ Ｈ Ｎ４
Ｅ ｓ８ １ Ｓ 、Ｋ ｓ Ｐ ０ （ Ｄ ｔ Ｈ Ｎｉ ６ 、 ］ 参 数化 形式 ． １给 出了在 Ｅ Ｓ ８ ４种 图 Ｋ９、
Ｅ Ｓ ８Ｄ 、 Ｋ Ｐ ０ 、 Ｓ Ｈ Ｎ４种参数化形 式下 ， 子在核中的分布 函数与 胶 在核子中的分布函数 的比值 ． 图中可 以看到 由不 同的参数 从
．
核一 核碰撞 中直接光子产生截 面的计算 ， 采用蒙特卡洛的方法计算到次领头阶．
２ 考虑初态核效应 的直接光 子产 生
当把核子一 核子碰撞的部分子模型外推到核子一 核碰撞和核一 核碰撞 时 ， 直接光子产生的散射截面可以
分别 表示 为 ：
ｄｄｏ ｙ￣ｒ
和
Ｉ ｉ． （ ｆｘ（ 。ｔ ｄ Ａ
核修正因子预言 的核遮蔽效应的大小完全不同 ， 例如 ， ｘ １一 在 ＝ ０
时 ．Ｐ Ｏ 预言有大约 ７ ％的压低 ， Ｄ Ｅ ｓ８ ０ 而 Ｓ预言只有 ｌ％的压 ５
图 ｌ 胶 子 在 Ｅ Ｓ ８ Ｅ Ｓ ８ ＤＳ ＨＫ ４种 Ｋ ９ 、 Ｐ ０ 、 、 Ｎ 参 数 化 形 式 下给 出的 在 核 中的 分布 函数 与 在
为了考虑核 中介质 引起 的核效应 ， ｐ Ａ 在 ＋ ｕ和 Ａ ＋ ｕ碰撞 中引入 一个 核修正 因子 Ｉ （ ， ｒ， ｕＡ ｓ ， 它描 ） 述 了部分子分布函数 的核效应 ， 通过核修正因子得到修 正的部分子分布 函数 （ ， ， ， ｒ ）
（ ，ｓ（ ， （ ）１ （ ）， ｒ ｒ ＋一 ） ， ） ， ） ， （ ， 】 ＝ ［
广 西 工 学 院 学报
第２ ２卷
介 质 效应 ．
１ Ｐ Ｐ碰撞 中的直接光 子产 生 ＋
由部分子模型的 因子化定理得知 ，＋ 碰撞 中直接光子散射截面可以写成如下形式 。 ｐｐ
ｄｒ ｆ￣ （ ） ｏ ｉ （ × ＇ ． ， ｐ ｐ ａ
（ ）（ｒ 曲 ＋ｏ２ ｄ ｔ） 。￣ ｏ ，
核效应对直接光子谱的影响 ， 计算 了 ｐ Ａ和 Ａ Ａ对心碰撞 中直接光子 的核修ｉ ￣－ ， ＋ ＋ Ｅ１ ３ 这对研究 相对论 重离子碰撞 寻 Ｉ＝
找夸 克 胶 子 等 离 子体 非 常 重 要 ．
关键 词 ： 对论 重 离子 碰撞 ； 态 核 效 应 ； 相 初 直接 光 子
中圈 分类 号 ： ４ ２ ０ １
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