相对论重离子碰撞中φ的性质和QGP相变的实验观测量

格点QCD预言在极高温度或极高密度的情况下，核物质中的夸克和胶子将会退禁闭，而形成一种新的物质状态-夸克胶子等离子体(QGP)。这种物质状态被认为可能存在于宇宙大爆炸的10-6秒之后，所以研究这种新的物质状态及其相变的过程，有着重要的意义。而在实验上，为了寻找这种新的物质状态，目前只可能通过相对论重离子碰撞来实现。建立在美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子碰撞机(RHIC)是目前世界上能量最高的重离子对撞机，最大的碰撞能量达到了每对核子的质心能量SNN=200GeV.自从RHIC对撞机2000年运行以来，发布了大量的可喜的实验结果。这些结果表明在RHIC对撞机中产生了一种高温、高密的而且具有很强集体运动特征的新物质，而这种新物质不能用强子的自由度来描述。
　　 φ介子作为一个由两个奇异夸克组成的质量最轻的矢量介子，被预言可能是探索夸克胶子等离子体相变的一个好的探针。并且由于φ介子与其它非奇异强子的作用截面比较小，所以通过φ介子可能携带更多碰撞早期的信息。本文通过混合事件的办法利用φ→K++K-的衰变道，重构了SNN=62GeV的Au+Au碰撞中φ介子的产额和椭圆流。结合整个RHIC能量范围内其它不同能量和不同反应系统的φ介子的性质，我们发现Au+Au的中心碰撞中φ介子的横向质量谱可以使用指数函数拟合，Au+Au周边碰撞以及p+p和d+Au碰撞中φ的横向质量谱的形状可以用levy函数拟合。这种形状的变化表明在不同的反应系统或中心度碰撞中，φ介子可能具有不同的反应机制。另外，笔者发现φ，A，E，Ω的不遵从π，k，p的随着质量上升的趋势，这可能来自于它们具有非常小的强子相互作用截面，所以介子可能携带碰撞早期的信息。粒子φ/K-比率几乎不依赖于碰撞中心度变化，这与目前由K++K-再产生机制作为φ介子主要产生机制的强子再散射模型预言的结果不符。所以K++K-再产生机制在RHIC能量不可能是φ介子形成的主要机制。通过比较φ介子与相近质量的人重子以及K0介子进行核修正因子Rcp和椭圆流V2的比较，发现φ介子的行为更接近于Kos介子，这表明与φ介子的核修正因子Rcp和椭圆流V2相关的物理机制是决定于粒子的分类。这与组分夸克组合模型的思想相一致。
　　 本文通过混合事件的方法提取出了粒子比率(K/π，p/π，p/π和p+p/π)在RHIC不同碰撞系统和不同中心度中的涨落。通过定义不同的动力学涨落观测量，发现动力学涨落随着参加核子数Nort的增加而减少。通过理论模型的模拟发现，强子再散射会降低粒子比率的动力学涨落。
　　 笔者使用LUCIAE模型对不同碰撞系统不同碰撞能量的粒子多重数，奇异夸克数和两体碰撞的数目进行了△标度，发现△标度的指数依赖于系统的尺寸。粒子多重数，奇异夸克数和两体碰撞的信息熵随着能量的增加而增加，随着反应系统的体积的变大而变大。通过△标度和信息熵的关系，可以看到随着粒子多重数的增加，轻的反应系统的粒子数涨落要比重的反应系统增加得快；另一方面，使用LUCIAE模型模拟了SPS能区的Pb+Pb，C+C不同能量和不同中心度的碰撞，并通过粒子温度分布提取出了不同粒子的热容。对于同一碰撞系统，粒子的热容随碰撞能量的升高而的变大而变大，并且具有碰撞系统无关性。
　　 笔者使用一个流体力学+强子再散射模型对SNN=200GeVAu+Au中心度(20-40％)碰撞中强子再散射对强子的椭圆流的影响进行了研究。我们使用一个各向异性的Cooper-Frye的强子化方法给出了强子相空间，经过强子再散射后，发现强子的产额增加，而强子的椭圆流有20-40％被强子的再散射效应损失掉。而强子的坐标和动量相空间取向经过强子再散射趋于一个方向。所以，笔者认为通过强子的椭圆流来研究碰撞早期的信息，强子再散射的效应是需要考虑的。
　　 通过双强子关联研究类马赫角结构是最近在RHIC实验中观察到非常有趣的物理现象，在SNN=200GeVAu+Au的碰撞实验中在两粒子的关联中发现有类似马赫角现象的结构产生。目前对这一实验现象的认识还处于起步阶段，理论家如Stocker，Shuryak认为这可能是由于喷注粒子的速度超过产生物质的声速，从而产生的马赫冲击波；而另一些理论家Koch和王新年认为这是来自胶子的切伦科夫辐射。也有理论家认为是由于介质的流动带来的。我们使用包含部分子级联和强子再散射的动力学多相输运模型(AMPT模型)对这一现象进行了模拟。我们研究了部分子级联和强子再散射对马赫结构的影响，发现两者对马赫结构的产生都有一定的影响，但是单独的强子再散射不足够产生实验上观察到的马赫结构的幅度，所以部分子相互作用对于马赫结构的产生是必要的。相应的三粒子关联的初步结果也支持了部分子相互作用产生马赫结构的结论。