RHIC-STAR实验上轻核的集体流测量研究获进展

  

  极高能重离子碰撞可以产生一种新的物质形态——夸克胶子等离子体(QGP)。人们认为,大爆炸之后的早期宇宙以及中子星内部的物质都处于QGP形态。在美国相对论重离子对撞机(RHIC)上进行的STAR重离子碰撞实验,其中一个核心物理目标就是研究QGP的性质以及它随时间的演化过程。

  轻原子核在高能重离子碰撞中的形成时间和过程与碰撞系统的性质以及演化过程密切相关。因此,对轻原子核的研究一直是高能重离子碰撞实验中的一个热点课题。然而到目前为止,科学家们并未完全掌握它们的产生机制。实验上,测量轻原子核的集体运动(集体流)与核子数的相互关联,是研究轻原子核产生机制的有效途径之一。 

  近日,中科院近代物理研究所的科研人员参与RHIC-STAR实验研究,利用STAR实验在每核子对质心能量7.7-39 GeV范围内收集的金-金碰撞数据,测量了氘核的一种集体运动——直接流(v1)随对撞能量、粒子快度以及横动量的变化过程。 

  测量结果表明,相比于质子,氘核的直接流与对撞能量有更强烈的依赖关系。在重子化学势最高的7.7 GeV,氘核的直接流随快度的变化(dv1/dy)远强于质子直接流的变化。当碰撞能量高于7.7 GeV时,质子的dv1/dy变为负值,而氘核的dv1/dy为接近于0的正值。 

  目前,两种主流的理论模型,热统计模型和核子并和模型,都无法完全解释氘核和质子的直接流的差异。进一步的研究发现,在7.7 GeV11.5 GeV,氘核的直接流在高横动量区满足核子并和模型的预期,但在低横动量区,相比于质子,氘核的直接流有着很强的增加,该效应仍然缺乏有效的理论解释。 

  同时,科研人员通过输运模型(AMPT)对氘核的直接流进行了模拟研究。在模拟中,氘核通过核反应过程产生。然而,模拟结果无法描述实验数据。 

  该研究结果对研究轻核在重离子碰撞中的产生机制具有重要意义。相关成果发表在Phys. Rev. C 102, 044906 (2020) 上。 

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              图:质子和氘核直接流与碰撞能量的关系(何熊宏/图) 

    

                                                (核物质相结构室供稿)