高能重離子碰撞中pion介子和奇異粒子研究獲重要進(jìn)展

 近日，中科院近代物理研究所原子核理論組研究人員基于自己發(fā)展的蘭州量子分子動(dòng)力學(xué)（LQMD）模型，對(duì)高能重離子碰撞中產(chǎn)生的π介子和奇異粒子（K, ∧和Σ）進(jìn)行了深入研究。計(jì)算結(jié)果表明，本模型能夠很好地描述介子產(chǎn)額、π-/π+激發(fā)函數(shù)、橫向動(dòng)量分布等實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)量，為將來(lái)進(jìn)一步分析蘭州CSR上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供了理論依據(jù)。

高密區(qū)域同位旋非對(duì)稱(chēng)核物質(zhì)性質(zhì)是理解天體演化相關(guān)物理問(wèn)題的重要參量，如中子星性質(zhì)、超星系爆發(fā)等。目前，人們對(duì)高密區(qū)域同位旋非對(duì)稱(chēng)核物質(zhì)狀態(tài)性質(zhì)了解甚少。高能重離子加速器的建造為研究高密核物質(zhì)相圖提供了重要平臺(tái)，如我國(guó)的蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)（HIRFL-CSR），德國(guó)的SIS18等。在實(shí)驗(yàn)室里提取重離子碰撞高密區(qū)域有關(guān)的物理觀(guān)測(cè)量會(huì)受到核介質(zhì)效應(yīng)的影響，可以借助輸運(yùn)模型來(lái)研究重離子碰撞形成的高密核物質(zhì)相圖信息。高能重離子碰撞中π介子和奇異粒子主要是在高密區(qū)域發(fā)射的，即大于核物質(zhì)飽和密度ρ0，如圖1給出了197Au+197Au碰撞中心密度和粒子產(chǎn)生隨時(shí)間的演化?？梢钥吹剑琄 （K0和K+）介子主要在碰撞系統(tǒng)演化早期產(chǎn)生，因此K介子是探針高密核物質(zhì)相圖的重要觀(guān)測(cè)量，而∧和∑由于奇異數(shù)交換需要更長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到平衡。圖2是基于LQMD計(jì)算的該系統(tǒng)中心碰撞下庫(kù)侖能、對(duì)稱(chēng)能和π光學(xué)勢(shì)對(duì)π介子產(chǎn)生橫向動(dòng)量影響?？梢钥吹剑紤]了π勢(shì)后增加了高動(dòng)量π介子的產(chǎn)生，從而改善了計(jì)算結(jié)果。由圖3可知，π產(chǎn)生多重性對(duì)于庫(kù)侖能、對(duì)稱(chēng)能和π勢(shì)的依賴(lài)性不敏感。庫(kù)侖能和對(duì)稱(chēng)能會(huì)影響π-/π+比值，而π勢(shì)對(duì)其影響不大。因此在由π-/π+比值提取高密對(duì)稱(chēng)能信息時(shí)可以不考慮π勢(shì)的影響。

基于LQMD模型，科研人員分析了π介子直接流的分布，并與質(zhì)子流做了比較，如圖4所示。由于“陰影效應(yīng)”，即π 介子產(chǎn)生后受到“旁觀(guān)”核子的吸收（πN→Δ），以及π和核子庫(kù)侖作用的影響，周邊碰撞時(shí)π介子流呈現(xiàn)出與質(zhì)子流相反的趨勢(shì)。計(jì)算結(jié)果能夠與FOPI合作組測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較好地符合。科研人員在LQMD模型中考慮了強(qiáng)子－強(qiáng)子碰撞產(chǎn)生K介子的所有反應(yīng)道，在域能附近zui主要的反應(yīng)道有BB→BYK和πB→YK，其中B（N,Δ）,Y（∧,Σ）和K（K0,K+）。πB→YK道對(duì)K產(chǎn)生大概有1/3貢獻(xiàn)。圖5給出了重系統(tǒng)197Au+197Au和輕系統(tǒng)12C+12C碰撞產(chǎn)生奇異粒子激發(fā)函數(shù)，并與KaoS合作組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（K+）做了比較。