夸克物质中的超子整体极化与矢量介子自旋排列

相对论重离子对撞机RHIC上超子整体极化和矢量介子自旋排列的实验发现证实了近20年前提出的理论.该理论预言和实验测量开辟了一种从自旋这个新的自由度来研究高能重离子碰撞中产生的高温高密核物质特性的新途径.本文简略回顾了整体极化理论提出和实验发现,总结了现有大科学装置上的相关测量进展,以及国际上现有的多种理论解释.同时,简要介绍了STAR探测器近期升级所带来的物理机遇.     

高能强子化过程的自旋转移和轻子诱发反应中超子的极化

指出在轻子诱发反应中测量产生超子的极化是研究高能强子化过程自旋转移的理想途径.在总结这些反应产生的初始夸克或反夸克极化的基础上,给出了超子极化的计算方法.作为应用举例,给出了e⁺e^－湮没过程中LEP能量下各种超子的极化及与已有实验的比较.这些结果表明,测量各类超子的极化可作为检验不同的重子自旋结构图像,何者适用于高能碎裂过程的重要手段.     

RHIC能区Au+Au碰撞中带电粒子直接流与超子整体极化的计算与分析

非对心的相对论重离子碰撞中,不参与碰撞的核子会对参与碰撞的核子产生纵向拖拽,形成一个相对于纵向倾斜的夸克胶子等离子体(QGP)火球.同时,对撞的原子核可将巨大的轨道角动量沉积于QGP中,使其中的部分子沿系统总角动量方向发生自旋极化.在光学Glauber模型基础上,本文构建了倾斜的三维QGP初态条件,并结合3+1维黏滞流体力学模型CLVisc,研究了重离子碰撞的末态带电粒子的直接流和Λ/■超子的整体极化.计算表明,倾斜的初态条件与流体力学模型的结合能够较好地描述RHIC-STAR实验上观测到的直接流与超子整体自旋极化的数据.这为人们利用这些观测量进一步约束重离子碰撞产生的核物质的初始几何与运动学状态提供了理论依据.     

强子衰变对高能反应末态超子极化的影响

在分析不同情形超子衰变的基础上, 给出超子衰变对超子产生率和末态超子极化的贡献的一般计算公式. 用Monte-Carlo数值计算研究强子衰变对高能反应末态超子极化的影响,结果发现, 强子衰变对Λ超子的贡献很大这一结论具有普遍性, 与模型无关; 不同模型给出的单极化pp碰撞产生的大横动量Λ超子极化的差别, 很可能相当大一部分来源于强子衰变. 考虑到衰变对极化贡献的计算中有较大不确定性, 检验不同模型, 最好看Σ^±,Ξ⁰,Ξ^－的极化.     

e+e-湮没中轻夸克碎裂为粲介子的研究

研究了e+e-湮没中"初始"轻夸克和胶子劈裂产生的组合为介子(包括D-, D-s, 0)或*介子(包括D*-, D*-s, *0)的过程.发现尤其在s=MZ处,其产额相对较大,当限制或*的能量大于20GeV时,它和c夸克碎裂产物的不变质量谱在稍大于2M附近有一个峰,这是该过程区别于其它或*介子产生过程的显著特征.此过程产生的矢量介子基本上是纵向极化的,与实验上观测到的*介子的纵向极化一致.     

重离子碰撞中的矢量介子自旋排列

在非对心相对论重离子碰撞中,参与反应的系统具有巨大的轨道角动量,从而使产生的夸克胶子等离子体具有极强涡旋场,并通过自旋-轨道相互作用导致部分子的自旋极化,经过强子化导致重子的自旋极化以及矢量介子的自旋排列等可观测效应.矢量介子的自旋排列是指其自旋密度矩阵的00元素ρ00偏离1/3.在矢量介子衰变到两个赝标介子的过程中,衰变产物的极角分布只与ρ00有关,以此可以对自旋排列进行测量.理论研究表明,重离子碰撞过程中,重子的自旋极化反映了夸克自旋极化的时空平均效应,而矢量介子自旋排列则反映了夸克反夸克自旋极化的局域相空间关联.本文回顾了相对论重离子碰撞中矢量介子自旋排列的相关理论工作.重点以非相对论夸克融合模型为例,明确地计入夸克极化的相空间依赖性,展示了矢量介子自旋排列与夸克反夸克自旋极化特别是它们之间相空间关联的关系.本文还讨论了涡旋、电磁场、有效φ介子场以及它们的局域涨落对φ介子自旋排列的贡献,结果显示强作用场的时空关联效应是导致φ介子自旋排列的主要因素.矢量介子自旋排列为探索强相互作用物质和强相互作用场的性质提供了新途径.     

夸克模型与ΛN系统

在Λ超子中考虑味SU(3)对称破缺,在夸克势模型基础上引进夸克与σ~-和π~-介子场的耦合,运用相对论性的两夸克集团理论,研究了ΛN作用势、~3S_1道和~1S_0道的ΛN弹性散射相移.     

e^＋e^－湮没中轻夸克碎裂为粲介子的研究

研究了e^ e^-湮没中“初始”轻夸克和胶子劈裂产生的e^-组合为D^-介子(包括D^-，Ds^-，D^-0)或D^-*介子(包括D*^-,Ds^*-，D^-*0)的过程．发现尤其在√s=Mz处，其产额相对较大，当限制D^-或D^-*的能量大于20GeV时，它和c夸克碎裂产物的不变质量谱在稍大于2MD^-附近有一个峰，这是该过程区别于其它D^-或^-*介子产生过程的显著特征．此过程产生的矢量介子基本上是纵向极化的，与实验上观测到的D^-*介子的纵向极化一致．     

强相互作用自旋-轨道耦合与夸克-胶子等离子体整体极化

在非对心相对论重离子碰撞中,参与反应的原子核物质系统具有巨大的初始轨道角动量,经过强相互作用的自旋-轨道耦合,这一巨大的轨道角动量可以转化为产生的夸克-胶子等离子体的整体极化.整体极化效应在理论上提出后,首先被美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机上的STAR实验所证实,激发了人们对相关问题的研究,成为重离子碰撞物理研究的一个新方向——重离子碰撞自旋物理.本文简单回顾了整体极化原始基本思想、理论计算体系与主要结果以及近几年的理论进展.     

相对论重离子碰撞中π介子椭圆流劈裂

近年来,美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机上正在进行着束流能量扫描实验, STAR国际合作组的研究人员发现π介子椭圆流劈裂与电荷不对称度存在着线性关系.该现象被认为是手征磁波效应的重要信号.本文基于拓展的多相输运模型,利用三味Nambu-Jona-Lasinio (NJL)模型研究了构成π⁺和π^-介子不同的夸克同位旋平均场势,为解释π介子椭圆流劈裂与电荷不对称度线性关系的实验现象提供了新思路,可为同质异素体碰撞以及致密星体中夸克物质同位旋效应研究提供理论依据.     

夸克模型与ΛN系统

在Λ超子中考虑味SU(3)对称破缺,在夸克势模型基础上引进夸克与σ和π介子场的耦合,运用相对论性的两夸克集团理论,研究了ΛN作用势、³S₁道和¹S₀道的ΛN弹性散射相移.     

相对论自旋流体力学

近年来,随着重离子碰撞实验中超子自旋极化与矢量介子自旋排列现象的发现,关于夸克胶子物质中自旋输运的理论研究也得到蓬勃发展,其中包括相对论自旋流体力学,它是描述自旋输运的流体力学理论.本文对相对论自旋流体力学的近期发展进行了综述,主要包括以下内容:1)相对论自旋流体力学基本方程的推导,包括宏观的唯象学推导、基于有效场论的推导以及基于输运理论的推导; 2)该理论框架的一些特殊性质,包括能动量张量中的反对称结构以及赝规范变换性质等; 3)在Bjorken和Gubser膨胀体系中的解析解及其对于重离子碰撞物理的意义.     

相对论核–核碰撞中产生的Λ超子的退极化原因探讨

对每核子200GeV的S+Pb中心碰撞中产生的Λ粒子的横向极化度消失的现象作了细致研究.用相对论核–核碰撞的Monte-Carlo事例产生器——LUCIAE产生了相应能量下的S+Pb中心碰撞事例,定量地分析了消除Λ粒子横向极化度的各种因素,研究了反应中的二次散射、二次产生以及Σ,Ξ等超子衰变产生的Λ粒子在总的实验测量到的Λ总数中的比例,确定了由这些Λ粒子造成的退极化度对总的Λ极化度的影响.模拟和计算结果表明,以上3个效应强烈地影响了Λ的横向极化度,但不可能使终态假定为强子气时Λ粒子的横向极化度完全消失.为了解释Λ极化度近于零的实验结果,可能需要在相对论重核碰撞中引进Λ粒子产生的新的机制,包括存在形成夸克–胶子等离子体(QGP)的弱效应.     

Belle实验发现新粲重子存在的迹象

粲重子是含有粲夸克的一类重子。粲重子存在很丰富的激发态,粲重子谱的研究对理解轻夸克在含重夸克系统中的动力学行为,以及检验重夸克对称性和轻夸克手征对称性具有重要意义。Λ_c⁺是质量最轻的粲重子,它是由一个粲夸克、一个上夸克和一个下夸克构成的同位旋单态。最近,日本的Belle实验利用在Υ(4S)中心质量采集的772×10⁶对■介子样本,对■衰变过程进行了研究,并在Σ_c(2455)⁰,⁺⁺π^±的不变质量谱上发现了一个新的共振结构。在考虑系统误差后,该共振结构最保守的信号显著性为4.2倍标准偏差。这意味着,该结构的形成源于统计涨落和各种系统误差的概率不足0.002%。Belle实验测得这个新结构的质量为(2913.8±5.6±3.8) MeV/c²,宽度为(51.8±20.0±18.8) MeV。虽然这个新结构的性质目前还不完全清楚,但它很符合新的Λ_c激发态的性质,暂时被命名为Λ_c     

基于极化氦三靶的原子核散射实验

利用极化的氦三气体靶可以显著地拓展传统的核物理实验研究,观察初态自旋自由度对核反应过程动力学的影响。本文通过列举极化三体核力实验以及极化的重离子电荷交换反应实验,介绍了极化氦三靶在核物理实验研究中的独特优势。在质子散射实验中,通过测量不同极化方向下的多种末态产物角分布,可以进一步检验手征有效场理论对于三体核力的描述;而在与重离子的电荷交换反应中,通过控制靶极化方向可以分离π介子交换与ρ介子交换对于核子自旋同位旋激发的贡献,从而为研究核子在不同核环境中的动力学演化提供独一无二的契机。结合我国新一代大科学装置的建设背景,尤其是以加速器驱动嬗变系统（ADS）和强流重离子加速器装置（HIAF）和中国散裂中子源（CNS）为代表的先进实验平台为原子核物理实验研究提供了理想的机遇。新的实验技术手段将明显拓展在这些大型核科学装置上开展实验研究的深度与广度。极化氦三靶做为其中具有独特优势的研究手段,必将具有广阔的应用前景。     

σ和φ介子对有限温度中子星物质的影响

考虑到σ*,φ介子的贡献及重子八重态{n,p,Λ,Σ^－,Σ⁰,Σ⁺,Ξ^－,Ξ⁰}, 采用相对论平均场方法,在5—25MeV的有限温度范围内, 对中子星物质的性质进行了研究. 发现当考虑到σ*,φ介子的贡献后, 超子出现的临界密度降低了(但对Λ超子, 影响并不显著), 超子的粒子数密度增加了, 在能量密度较高时物态方程变软, 中子星的最大质量变小而相应的半径增大, 中子星的中心粒子数密度、中心能量密度和中心压强都降低了. 当温度为较低的T=5MeV, 10MeV时, σ*,φ介子的参与使出现Σ⁰,Ξ⁰,Σ⁺超子的临界密度极大地降低了; 但当温度为较高的T=15MeV, 20MeV, 25MeV时, 影响则较小. 对于Λ,Σ^－,Ξ^－超子来说, 在上述所有温度下, σ*,φ介子对超子出现的临界密度的影响都不明显.     

我们从相对论重离子对撞机上了解到了什么

 金原子核组成的高能束流的对撞在微观上再现了宇宙大爆炸时的高热、高密度物质状态。3年来,布鲁克海文实验室一直用相对论重离子对撞机(RelativisticHeavyIonCollider,RHIC)在极端相对论能区做高达每核子100GeV的重核对撞实验。这种非同寻常的新加速器在探寻物质新的高能状态,继续探究几个世纪以来的老问题,试图从根本上了解自然和物质的起源。RHIC实验的早期结果揭示了高温和高密度状态下核物质的奥秘;在高温和高密度状态下,核子和介子已不复存在,核物质只以夸克和胶子的形态存在。     

手征夸克模型下ud四夸克态的研究(英文)

在手征SU(3)夸克模型和扩展的手征SU(3)夸克模型的框架下,用变分的方法系统地研究了同位旋为0、1,自旋宇称为0~ 、1~ 和2~ 的ud■四夸克系统6个低组态的能量.模型的参数取自以前的工作,它能很好地描述核子-核子散射相移以及核子-超子散射截面.S道相互作用的参数由拟合K介子和K~*介子的质量定出,并且考虑了具有相同量子数的态之间的态混合效应.结果表明,同位旋为0且自旋宇称为1~ 的ud■能量低于相应的K~*K~*的阈能,且该组态中KK~*的成分相当小,因此该组态的宽度可能较小,可视为一个可能的四夸克态的候选者.     

LHCb实验组观测到正反D介子振荡现象

欧洲核子研究中心LHCb(大型强子对撞机上的一个实验)实验组的工作人员首次在实验测量中明确地观测到D介子从物质到反物质的振荡。以前的实验虽曾观测到过同样的振荡迹象,但是测量结果的统计显著性不高,而新的LHCb结果的统计显著性达到9.1s (s为统计标准偏差),明显好于5s这一粒子物理中作为一项新发现的“黄金标准”。粒子物理标准模型预言了4类介子会发生物质与反物质之间的振荡,如今这些振荡都已经在实验中观察到了。这项新的结果可以为粲介子中电荷守恒的破坏提供更多的证据,
　　LHCb 实验所用的探测器如图1所示。LHCb 实验的目的是研究B介子物理。B介子是含有一个底夸克或一个反底夸克的介子。但是在这种实验中发生的粒子碰撞也会产生其他介子,包括由一个粲夸克和一个反上夸克组成的中性的Do介子。Do介子可以振荡成由一个反粲夸克和一个上夸克组成的反粒子。     

Λ超子碎裂函数的夸克味分离

利用有非极化和极化的A和A超子产生的中微子和反中微子的深度非弹性散射,可以清晰地测量各种味的夸克变为A超子的各种非极化和极化的碎裂函数,也就是得到了碎裂函数的夸克味分离.这种方法不但适用于轻味夸克。反夸克,也适用于奇异夸克s和s.和产生A和A的极化电子的深度非弹性散射结合起来,人们就能够系统地测量或核实各种味和各种自旋的夸克的相关碎裂函数.这样的测量给有关强子的自旋结构和核子海的夸克一反夸克不对称性的各种预言提供判决性的实验.