本文關(guān)鍵詞：相對論重離子碰撞中手征電磁場及其效應的研究

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【摘要】：當兩個相對論重離子以接近光速非零碰撞參量碰撞時,沿著角動量方向會產(chǎn)生巨大的電磁場。如果在此時出現(xiàn)不為零的手征性,沿著磁場方向會產(chǎn)生電磁流,這種現(xiàn)象稱為手征磁現(xiàn)象。手征磁效應預測了相對論重離子碰撞非中心碰撞由于非零的手征性的出現(xiàn),而引起帶電粒子沿角動量方向優(yōu)先發(fā)射。手征磁效應是實現(xiàn)退禁閉相變和手征相變的必要條件。相對論重離子碰撞會導致過量的正電荷在反應平面的一側(cè),過量的負電荷在反應平面的另一側(cè)。由此產(chǎn)生的電荷的不對稱性以前被認為是形成了徑向流或介質(zhì)的輸運特性。我們利用Wood-Saxon核分布計算了非中心核-核碰撞背景電磁場的大小。通過計算發(fā)現(xiàn)在RHIC和LHC能區(qū)的非中心核-核碰撞確實產(chǎn)生了巨大的電磁場,電磁場的分量eBy(eBx)和eEy(eEx)的分布是高度不均勻的。背景電磁場僅僅存在于剛剛發(fā)生碰撞的時刻,隨時間會很快衰減為零,其中LHC能區(qū)的磁場比RHIC能區(qū)的磁場大(在τ8.0x10-3 fm/c時)。但是,LHC能區(qū)的磁場比RHIC能區(qū)的磁場隨時間下降的速度要快得多,因此,當τ～8.0x 10-3 fm/c時,LHC能區(qū)的磁場比RHIC能區(qū)的磁場小。我們還討論了在RHIC和LHC能區(qū)的不同碰撞能量和不同固有時的eBy/(eB)比值隨x和y的變化關(guān)系。在大多數(shù)情況下eBy/(eB)的值趨近于1,因此用eBy代替(eB)是一個不錯的近似,但要注意到x=0,eBy/(eB)值在0.5～1.0。本文還系統(tǒng)研究了相對論重離子碰撞在RHIC和LHC能區(qū)的電磁場的空間分布特征,對應的背景電磁場在LHC能區(qū)的(?)sNN=900,2760和7000 GeV以及在RHIC能區(qū)的(?)sNN=62.4,130和200 GeV的空間分布特征都進行了系統(tǒng)分析。我們還分析研究了電場隨固有時變化規(guī)律,在我們的計算中,發(fā)現(xiàn)最大電場存在于較小的固有時τ～0.0001 fm/c,大的碰撞能量(?)SNN～7000 GeV,最大值的大小為eB=2×107MeV2。與磁場相比,在RHIC能區(qū)電場空間分布呈起伏特征。有許多凸起的小峰,當隨著碰撞能量升高,分布變得越來越平坦,我們發(fā)現(xiàn)：在LHC能區(qū),凸起小峰幾乎消失。我們還分別給出了RHIC和LHC能區(qū)碰撞中心區(qū)域產(chǎn)生熱夸克形成的電磁場隨時間τ的變化關(guān)系。在τ較小時,較中心碰撞b=4m熱夸克產(chǎn)生的電磁場比較強,RHIC能區(qū)最大能達到4×104MeV2,LHC能區(qū)產(chǎn)生的最大電場能達到2.0×105MeV2,而對于周邊碰撞,產(chǎn)生粒子對電磁場的貢獻就變得很小。一個非零的手征性系統(tǒng)通過誘導沿磁場方向的電流方式對磁場響應,這是手征磁效應。利用重離子碰撞研究手征磁效應。如果高能物理實驗能觀測手征磁效應,這將會是非平凡拓撲結(jié)構(gòu)的膠子位形存在的直接證據(jù)。此外,它將是在逐一碰撞分析事件基礎(chǔ)上,觀察QCD P和CP破壞的信號。手征磁效應的深入理論研究將為實驗提供對一些觀測量的更準確的預測。第一章引言部分主要介紹了一些基本概念和定義：手征磁效應,瞬子和θ真空,軸矢反常,朗道能級和外場中的QCD理論：第二章分別介紹了相對論重離子碰撞的時空演化,背景電磁場分布和相對論重離子碰撞的電荷分離一些特征;第三章主要介紹了：Wood-Saxon核子分布的磁場計算方法,中心點磁場分布,RHIC和LHC磁場的空間分布,縱向集體流模型及熱夸克對磁場的貢獻,和考慮QGP響應后磁場分布特征等。第四章主要內(nèi)容有：Wood-Saxon核子分布的電場的計算方法和熱夸克對電場的貢獻。第五章主要內(nèi)容有：手征化學勢,手征電流,手征電荷的電流,和手征磁傳導性。第六章主要分析了STAR和ALICE的實驗結(jié)果。第七章為本文的總結(jié)和展望。綜上所述,本研究的分析和討論,將有助于我們在RHIC和LHC能區(qū),進一步開展手征磁效應和手征磁波等特性的研究。
【關(guān)鍵詞】：Wood-Saxon核分布 手征磁效應 背景磁場 背景電場 熱夸克分布 手征化學勢 電荷分離效應 手征電流 手征磁傳導性
【學位授予單位】：華中師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O571.6;O412.1
【目錄】：

• 中文摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1. 引言12-21
• 1.1 手征磁效應12-13
• 1.2 瞬子和θ真空13-15
• 1.2.1 繞數(shù)(第二陳數(shù))13-14
• 1.2.2 瞬子14-15
• 1.2.3 θ真空15
• 1.3 軸矢反常15-16
• 1.4 朗道能級16-17
• 1.5 外場中的QCD理論17-19
• 1.5.1 在磁場中的QCD相圖17-18
• 1.5.2 磁場中的瞬子18-19
• 1.6 論文的結(jié)構(gòu)19-21
• 2. 相對論重離子碰撞21-32
• 2.1 相對論重離子碰撞的電磁場23-27
• 2.2 相對論重離子碰撞的電荷分離27-32
• 3. 相對論重離子碰撞RHIC和LHC能區(qū)的磁場32-58
• 3.1 WOOD-SAXON核子分布的磁場計算方法32-34
• 3.2 中心點磁場分布34-42
• 3.3 RHIC和LHC磁場的空間分布42-48
• 3.3.1 磁場的空間分布43-48
• 3.4 縱向集體流模型及熱夸克對磁場的貢獻48-54
• 3.5 考慮QGP響應后磁場分布特征54-57
• 3.6 小結(jié)57-58
• 4. RHIC和LHC能區(qū)相對論重離子碰撞手征電場的研究58-73
• 4.1 WOOD-SAXON核子分布的電場的計算方法58-60
• 4.2 電場的空間分布60-67
• 4.3 熱夸克對電場的貢獻67-72
• 4.4 小結(jié)72-73
• 5. 相對論重離子碰撞手征磁效應73-98
• 5.1 手征化學勢74-76
• 5.2 手征電流76-82
• 5.2.1 軸反常和能量平衡77-78
• 5.2.2 狄拉克方程78-79
• 5.2.3 熱力學勢79-81
• 5.2.4 有效作用的導數(shù)擴展81-82
• 5.3 手征電荷的電流82-87
• 5.3.1 弱磁場限82-85
• 5.3.2 均勻強磁場85-87
• 5.4 手征磁傳導性87-96
• 5.4.1 手征磁傳導的KUBO(久保)公式88-90
• 5.4.2 費米子傳播90-91
• 5.4.3 推遲關(guān)聯(lián)因子的計算91-92
• 5.4.4 手征磁導率的計算92-96
• 5.5 小結(jié)96-98
• 6. 手征磁效應的實驗分析98-109
• 6.1 STAR實驗結(jié)果98-102
• 6.2 ALICE實驗結(jié)果102-107
• 6.3 小結(jié)107-109
• 7. 總結(jié)和展望109-111
• 參考文獻111-119
• 在校期間發(fā)表的論文119-120
• 致謝120

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