200gev金金碰撞的奇异粒子椭圆流分析

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1、哈尔滨工业大学理学硕士学位论文哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明..................................46哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书..................................46致谢.......................................................................47–V–哈尔滨工业大学理学硕士学位论文第1章绪论高能重离子碰撞物理学是当今世界的前沿科学，而对于夸克-胶子等

2、离子体的研究与探索，则是高能重离子碰撞最重要的课题。夸克-胶子等离子体，简称QGP，是在高密度、高温度、高压力等极端条件下形成的一种核物质的新形态，早期的宇宙被认为是由QGP组成，在标准模型中夸克胶子是组成物质的基本单元。因而对极端条件下的核物质性质的研究，获取核物质的信息，对于核物理学，粒子物理学，高能物理学，天体物理学等学科的研究具有十分重要的意义。高能重离子碰撞实验是目前能够在实验室中产生和系统研究极端条件下核物质性质的唯一手段。但是在实验中，由于高能核核碰撞的特殊性，人们能够得到的只是冻出

3、的末态粒子的动量等信息，有关碰撞最密集阶段的大部分信息都被淹没掉了，人们只能寻找末态可观测量来间接地加以推论碰撞早期及其演化的信息。核物质椭圆流正是这样的一个可观测量，它作为碰撞末态核物质的集体有序运动，能够反映碰撞核核的空间非对称性等信息，为极端条件下的核物质的研究提供了重要的信息，是研究高能重离子碰撞早期核物质在极端条件下的性质的重要物理量。1.1相对论重离子碰撞物理学简介相对论重离子碰撞物理学，又称高能重离子碰撞物理学，是20世纪70年代以来形成的一个新的研究领域，其目的是研究在相对论和极端

4、相对论能量下核-核碰撞中产生的高温度、高密度、高压力等极端条件下的核物质的性质，探索新的核物质相，研究强相互作用及其基本规律。图1-1是理论推测的高能重离子碰撞的核物质相图，从中可以看出高能重离子碰撞物理的研究领域。要想使得夸克物质解禁，需要很高的重子数密度或温度，使用MIT袋模型[2]的计算表明：这个温度T大概为140MeV，密度为正常核物质密度的4-5倍,当然不同的模型计算得到的温度不同，目前尚未 在T'140MeV发现QGP的存在[3]，人们普遍认为：QGP产生的温度应该在T'200MeV。

5、对于高能重离子碰撞物理学的研究离不开加速器，粒子探测器 等。较早的高能重离子碰撞实验包括Bevalac的EOS实验组[4]和BNL的AGS，欧洲核子中心的（CERN）的SPS，其中EOS和AGS进行的都是打靶的实验，EOS–1–哈尔滨工业大学理学硕士学位论文图1-1核物质相图[1]Fig.1-1Phasediagramofnuclearmatter[1]实验的能量最高只有1.2AGeV，AGS能量比EOS能量高，最高能量达到10.4AGeV，能量越高，末态粒子的多重数越大，由于很多探测器只对电离的

6、粒子是敏感的，所以只有带电的粒子才能被探测到，碰撞中产生的带电粒子的总数称之为带电多重数[5,6]。目前人们研究最多的是布鲁克海文实验室2000年运行的RHIC实验，RHIC实验进行的是核核的对撞实验，质心能量高达200GeV。但是依然没有满足人们对于新物质的探索，欧洲核子中心2009年开始运行的LHC能量更高，质心能量达到TeV，科学家预言LHC会开创高能重离子碰撞的新时代[7,8]。图1-2是高能重离子碰撞的过程示意图。两个重核被加速到相对论能量，由于洛伦兹收缩而在实验室系下成为两个圆盘；当两

7、个高能量的原子核相接触发生反应后两个原子核将很快的穿过对方，在两个原子核重叠的区域产生能量密度很高的核物质，产生大量的新粒子，形成一个高温高压的火球区域，粒子之间剧烈的相互作用，在压力梯度的作用下，系统逐渐地膨胀，碰撞的剧烈程度也逐渐变小，随着时间的推移，粒子之间不再发生相互作用直至粒子冻出(freezing-out)；粒子-粒子碰撞的实验数据表明[4]：产生的粒子有80%∼90%是π介子，其余的有K介子，重子，反重子等；要测量这些冻出的 粒子，需要粒子探测器。STAR包括好几个探测器[10,11

8、]，这些探测器协同工作–2–哈尔滨工业大学理学硕士学位论文图1-2核核碰撞的过程图[9]Fig.1-2Illustrationforheavyioncollisions[9]以确定碰撞的最终状态信息。粒子探测器是测量末态粒子的基本仪器，从最早的云室，乳胶发展到流光室，塑料球以及今天的TPC（时间投影室）。TPC（时间投影室）是目前使用最多，最先进的粒子探测器之一，虽然使用的都是TPC，但是不同的实验使用的TPC又有差别。TPC是一个三维的带电粒子探测器，其外形为一个长方形的盒子，通