相對論重離子碰撞可以產生夸克膠子等離子體(QGP),也可以產生極強的電磁場和流體渦旋場。這些強場可以導致手征磁效應(CME)和手征渦旋效應(CVE)等反常輸運現(xiàn)象。它們分別是指磁場和渦旋場誘導出沿著磁場和渦旋方向的矢量流。在重離子碰撞實驗中,人們期望它們分別導致電荷分離效應和重子分離效應。目前的實驗結果定性地支持這些效應的預言,但是還沒有強有力的證據(jù)顯示它們是觀測量的唯一來源,還存在其他背景信號的干擾。在理論研究方面,目前要解決的一個問題是:為了定量地給出這些效應的預言,必須首先掌握磁場和渦旋在重離子碰撞中的時空演化信息。在磁場方面,本文首先介紹了重離子碰撞初始時刻的磁場分布。在該時刻,高速運動的兩個原子核會產生一個超強的磁場,如果僅考慮磁場在真空中的自由演化,則這個磁場隨時間衰減得極快,不足以產生實驗上可測的電荷分離效應。在真實的情況中應該考慮QGP物質具有歐姆電導率,電介質中的感應電流可以延緩磁場的衰減。在此基礎上,本文又考慮了手征磁效應對磁場演化的影響。包含了手征磁效應的磁場演化可以用反常麥克斯韋方程來描述。我們通過用矢量球諧函數(shù)對磁場進行展開的方法對反常麥克斯韋方程進行求解。從其結果可以清晰地看出磁場隨時間的演化行為包含了一個增長模式。它的來源是:在手征磁效應中,磁場誘導一個沿著磁場方向的電流,而這個電流又進一步產生磁場,這種正反饋模式會使磁場存在增長模式。由于手征磁效應來自于左手費米子和右手費米子之間的的數(shù)量差,如果在一個物理的體系中費米子的螺旋度和磁場的螺旋度可以互相轉化,那么當磁場出現(xiàn)增長模式的時候,其螺旋度的增長會壓低左右手費米子的數(shù)量差,從而減小手征磁效應和磁場增長的速率。我們的數(shù)值計算和解析得到的磁場漸進解都顯示在系統(tǒng)總螺旋度守恒的模型中,磁場的增長模式最終得到了抑制而不會導致磁場的發(fā)散。在渦旋方面,本文研究了渦旋場在QGP中的空間結構。渦旋是速度場的旋度。它可以來自于非對心碰撞中的初始軌道角動量所帶來的剪切流,也可以來自于火球的非均勻膨脹,包括橫向流在橫平面上的各向異性如橢圓流,以及橫向流對縱向坐標存在的依賴關系。不同來源的渦旋場具有不同的空間結構:由軌道角動量產生的渦旋場整體上沿著角動量的方向并垂直于反應平面;而由火球的非均勻膨脹產生的渦旋場在不同的區(qū)域方向相反,呈現(xiàn)環(huán)狀或四極矩結構。在重離子碰撞實驗中,超子的極化可以作為一個探針來提取火球中渦旋場的時空信息。我們通過多相輸運(AMPT)模型模擬了火球的集體演化過程,計算了渦旋場以及Λ超子的極化。在我們的結果中,和軌道角動量相關的Λ超子的整體極化和已有的實驗測量結果能夠符合。我們還計算了和火球非均勻膨脹相關的Λ超子的局域極化,希望能夠在未來的實驗中測量。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O571.6
【部分圖文】：

因而末態(tài)粒子譜與原子核的單個核子獨立進行碰撞的疊加是不同的，這??是支持ＱＧＰ被產生的重要依據(jù)之一。??下面我們以橢圓流巧為例加以說明。圖１．３展示了橢圓流％的產生原因。??在圖中我們看到，非對心碰撞的兩個原子核在重疊區(qū)域中產生近似橢球的系統(tǒng)。??當它膨脹時，流體壓強梯度的各項異性使它沿ｚ軸膨脹更快，最終導致末態(tài)強??子各向異性的橫動量分布。這個效應被末態(tài)強子方位角分布的傅里葉展開式中??的二階項的系數(shù)所體現(xiàn)，也就是楠圓流??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??ｉ?Ｐｌ??／?ｙＭ＾ｋ?羅＇，?Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?？??：Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｐａｃｅ?Ｍｏｍｅｎｔｕｍ?ｓｐａｃｅ：??＊?ｉｎｉｔｉａｌ?ａｓｙｍｍｅｔｒｙ?ｆｉｎａｌ?ａｓｙｍｍｅｔｒｙ??＿?１．３相對論重離子碰撞中橢Ｍ流的產生，閿片取自［２Ｊ??圖１．４展示了橢圓流〃２在ＲＨＩＣ－ＳＴＡＲ實驗中的測量結果，圖中數(shù)據(jù)取自文??４??

圖１．４?＝?２００?ＧｅＶ的Ａｕ＋Ａｕ碰掩中的強子橢＿流對組分夸克數(shù)的標度率，圖中數(shù)??據(jù)取自［３｜??

我們看到右手夸克和反夸克的自旋方向和動量方向相同，而左手夸克和反夸克??的自旋方向和動量方向相反。??在外磁場Ｂ中，帶電的夸克被磁場極化。如圖１．５所示，帶正電的＾＾和＾＾??的自旋傾向于沿著磁場的方向；而帶負電的和則剛好相反。根據(jù)這些粒??子的自旋方向，以及自旋和動量的綁定關系，即螺旋度，我們可以定出它們的動??量方向，其中右手夸克Ｑ／ｉ和左手反夸克沿著磁場運動，而右手反夸克??和左手夸克Ｑｌ逆著磁場運動。這些粒子的運動將形成矢量流４?＝?在??圖１．５中，和形成沿著磁場方向的矢量流，而Ｑｌ和〇１形成逆著磁場方??向的矢量流。如果系統(tǒng)中的右手粒子與左手粒子的數(shù)目不相等，那么就會出現(xiàn)凈??的非零矢量流。理論計算表明這個矢量流的大小是［２９，３０］??ｊＣＭＥ?＝?ｇＢ）?（１．２）??其中９是夸克的電荷，你是手征化學勢，它表示右手粒子與左手粒子的數(shù)目之??間的不平衡程度。拘又可表示為作＝（Ａｉｆｉ?＿?Ｍｌ）／２，其中和／＾分別是右手??粒子和左手粒子的化學勢。??從公式（１．２）可以看出
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本文編號：2889104