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高能重离子碰撞中质量偏移对D介子谱及椭圆流的影响

发布时间:2021-05-15 11:19 所属分类:理工论文 浏览次数:1008次 加入收藏
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关键词:论文发表,期刊论文,职称论文,理工论文发表


摘 要:通过对高能重离子碰撞中质量偏移对D介子谱以及椭圆流影响的研究得知:质量偏移效应会增加大动量区域的D介子产额,并减小D介子谱的斜率,还会降低D介子的椭圆流;质量偏移效应对D介子谱以及椭圆流的影响随着偏移质量的增加而增加,随着碰撞能量的升高而减小。


  关键词:高能重离子碰撞;D介子;质量偏移;谱;椭圆流


  中图分类号:O41 文献标识码:A 文章编号:2095-7394(2021)02-0041-08


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  高能重离子碰撞早期所产生的夸克-胶子等离子体(Quark-Gluon Plasma,QGP)的性质一直备受学界关注。QGP是通过将两原子核加速到接近光速并实现碰撞,从而在极短时间、极小尺度范围内产生的极端高温、极端高密度、极端高压力的物质形态。因为碰撞及演化的时空尺度极小(时间尺度约为10-24秒量级,空间尺度约为10-15米量级),所以人们无法直接探测QGP的性质,而只能通过分析实验观测到的末态粒子的信息,还原碰撞后产生的新系统的演化情况及演化各阶段系统的物理性质。化学冻出(chemical freeze-out)前的粒子与QGP有过相互作用,携带有QGP的信息;化学冻出后的粒子还将继续与强子介质相互作用,直到动力学冻出(kinetic freeze-out)后被探测器探测到。与强子介质的相互作用会影响末态粒子的观测量,从而影响人们对QGP性质的分析。因此,粒子与强子介质的相互作用一直是研究人员关注的热点[1-8]。


  重夸克产生在QGP的形成之前[9-10],经历了QGP的形成及整个演化过程,所以重夸克介子是研究QGP性质的重要探针之一。近年来,人们在相对论对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider,RHIC)和大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)上对质量较大的D介子展开了研究[9,11-15]。关于D介子与强子介质相互作用的强弱问题,目前人们还没有一致的结论[5-8,9,16],因而有必要对D介子与强子介质的相互作用作进一步的研究。


  在高能重离子碰撞中,粒子谱及椭圆流是十分重要的实验观测量。粒子谱可以反馈出碰撞中产生的粒子发射源的热化及膨胀信息[17-21],椭圆流可以反馈出碰撞产生的源早期的各向异性信息[22-28]。最近,笔者所在团队研究发现,质量偏移效应会影响介子的粒子谱以及椭圆流[29],而且处于强子介质中的D介子的质量会比处于真空时的小[4,30-31],因此,有必要研究质量偏移对D介子的粒子谱以及椭圆流的影响。


  1 基本公式及研究方法


  1.1 基本公式


  真空中粒子的动量谱可表示为[32]:


  1.2 研究方法


  本文运用2+1维相对论流体力学[40]模拟达到局域平衡后至粒子动力学冻出,这段过程中系统的演化。对于系统的初始状态(初始能量密度分布),本文拟采用高斯型初始条件,初始能量密度设置为:


  相对论流体力学可以描述碰撞所产生系统的演化,但何时动力学冻出粒子则需要由冻出温度决定。本文选取D介子的动力学冻出温度为150 MeV[30-31],真空中D介子的质量为1 865 MeV[45]。冻出温度给定后,流体力学会给出冻出点的冻出时刻、流速以及冻出曲面的相关信息。根据以上信息,可运用公式(12)得出粒子谱及椭圆流。


  2 结果


  2.1 质量偏移对D介子粒子谱的影响


  图1展示了质量偏移对D介子横动量谱的影响,图中横坐标[kT]为横向动量。图1(a)、图1(b)展示了初始能量密度[ε0]为9 GeV/fm3和45 GeV/fm3时,不同质量偏移情况下归一化后的D介子的横动量谱。其中,黑色实线表示的是没有质量偏移时的结果,彩色虚线表示有质量偏移时的结果,[δm=m?-m]。图1(c)、图1(d)为有质量偏移时的横动量谱与没有质量偏移时的横动量谱的比值。D介子处于强子介质中的质量被认为会减小3~5 MeV[30-31],因此,本文选取了3个质量偏移参数,分别为-3 MeV、-4 MeV和-5 MeV。从图1可以看出,质量偏移会提高大横动量区的粒子产额,并使谱随横动量变化的斜率变小,这种效应随着偏移质量的增加而增加,随着初始能量密度的增加而减小。


  利用公式(13)和(16),可以将公式(12)改写成:


  由于D介子的质量偏移很小,因此,公式(18)中的[n′k]近似等于公式(9)中的[n0k]。可見,系数“[F2]”是研究质量偏移对粒子谱影响的关键因素。


  图2为系数[F2]的平均值[F2]以及[F2]对[n′k]的比值,这里的“—”表示的是对所有的动力学冻出点取平均。从图2(a)、图2(b)可以看出,系数[F2]的平均值[F2]是一个很小的量,并且从公式(19)可以看出[F2]是大于零的。公式(19)中的[F1]近似等于1,因此,公式(18)可以近似地写成:


  2.2 质量偏移对D介子椭圆流的影响


  图3(a)、图3(b)表示的是两种初始能量密度情况下,不同质量偏移时D介子的椭圆流[v2]。可见,当没有质量偏移时([δm=0]),[ε0]=45 GeV/fm3时的椭圆流比[ε0]=9 GeV/fm3时的大。图3(c)、图3(d)所示为有质量偏移时的椭圆流与质量偏移为0时的椭圆流的比值。可见,质量偏移会极大地压低大横动量区域的椭圆流,并且在初始能量密度为9 GeV/fm3时压低效应比45 GeV/fm3时稍大。


  為了解释质量偏移对椭圆流的影响,可将公式(20)写成如下形式:


  3 总结


  在高能重离子的碰撞中,处于强子介质中的D介子会发生质量偏移。本文利用相对论流体力学研究了质量偏移对D介子谱以及椭圆流的影响。研究表明:质量偏移效应会增加大动量区域的D介子产额并减小D介子谱的斜率,还会降低D介子的椭圆流;质量偏移效应对D介子谱以及椭圆流的影响随着偏移质量的增加而增加,随着系统初始能量密度的升高而减小;系统初始能量密度随着碰撞能量的增加而增加,因此,质量偏移效应对D介子谱以及椭圆流的影响随着碰撞能量的升高而减小。


  文献[32]认为,介子处于强子介质中的质量偏移被认为随着动量的增加而减小,表明D介子处于介质中的质量偏移对动量具有一定的依赖关系。本文为了便于模拟计算,将D介子处于强子介质中的质量偏移作为参数对待。因此,在将来的研究中,有必要进一步深入研究D介子的质量偏移对动量的依赖关系。


  参考文献:


  [1] KO C M,L?VAI P,QIU X J,et al. Phi meson in dense matter[J]. Physical Review C,1992,45(3):1400-1402. DOI:10.1103/PhysRevC.45.1400.


  [2] ASAKAWAM,KO C M. Phimeson mass in hot and dense matter[J]. Nuclear Physics A,1994,572(3/4):732-748.DOI:10.1016/0375-9474(94)90408-1.


  [3] MARTEMYANOV B V,FAESSLER A,FUCHS C,et al.Medium modifications of Kaons in pion matter[J]. Physical Rreview Letters,2004,93(5):2301-2304.DOI:10.1103/PhysRevLett.93.052301.


  [4] FUCHS C,MARTEMYANOV B V,FASSLER A,et al. D-mesons and charmonium states in hot pion matter [J]. Physical Review C,2006,73(3):5204-5208.DOI:10.1103/PhysRevC.73.035204.


  [5] HE M,FRIES R J,RAPP R. Thermal relaxation of charm in hadronic matter[J]. Physics Letters B,2011,701(4):445-450.DOI:10.1016/j.physletb.2011.06.019.


  [6] HE M,FRIES R J,RAPP R. Ds Meson as a quantitative probe of diffusion and hadronization in nuclear collisions[J].Physical Review Letters,2013,110(11):2301-2305.DOI:10.1103/PhysRevLett.110.112301.


  [7] HE M,FRIES R J,RAPP R. Heavy flavor at the large hadron collider in a strong coupling approach[J]. Physics Letters B,2014,735:445-450.DOI:10.1016/j.physletb.2014.05.050.


  [8] CAO S S,QIN G Y,BASS A. Energy loss,hadronization,and hadronic interactions of heavy flavors in relativistic heavy-ion collisions[J]. Physical Review C,2015,92(2):4907-4918.DOI:10.1103/PhysRevC.92.024907.


  [9] ADAM J,ADAM D,ADAMOV M M,et al.Transverse momentum dependence of D-meson production in Pb-Pb collisions at[SNN] =2.76 TeV[J]. Journal of High Energy Physics,2016(3):1-43.DOI:10.1007/JHEP03(2016)081.


  [10] LIU F M,LIU S X. Quark-gluon plasma formation time and direct photons from heavy ion collisions[J]. Physical Review C,2014,89(3):4906-4910. DOI:10.1103/PhysRevC.89.034906.


  [11] ADAMCZYK L,ADKINS J K,AGAKISHIEV G. et al. Observation of D0 Meson Nuclear Modifications in Au+Au Collisions at[SNN] =200GeV[J]. Physical Review Letters,2014,113(14):2301-2307.DOI:10.1103/PhysRevLett.113.142301.


  [12] MICHAEL L. Measurement of D -meson azimuthal anisotropy in Au + Au 200 GeV collisions at RHIC [J]. Nucl. Phys. A,2016,956:256-259. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2016.04.027.


  [13] ABELEV B,ADAM J,ADAMOV\'A D,et al. D meson elliptic flow in noncentral Pb-Pb collisions at sqrt [SNN]=2.76 Tev[J]. Physical Review Letters,2013,111(10):102301.DOI:10.1103/PhysRevLett.111.102301.


  [14] ABELEV B,ADAM J,ADAMOV\'A D,et al. Azimuthal anisotropy of D-meson production in Pb-Pb collisions at [SNN]=2.76 TeV[J]. Physical Review C,2014, 90(3):034904. DOI:10.1103/PhysRevC.90.034904.


  [15] ACHARYA S,ADAMOV\'A D,ADOLFSSON J,et al. D-Meson Azimuthal Anisotropy in Midcentral Pb-Pb Collisions at[SNN]=5.02 TeV[J]. Physical Review Letters,2018, 120(10):102301. DOI:10.1103/PhysRevLett.120.102301.


  [16] CAO S S,QIN G Y,BASS S A. Modeling of heavy-flavor pair correlations in Au-Au collisions at 200A GeV at the BNL Relativistic Heavy Ion Collider[J]. Physical Review C,2015, 92(5):054909.DOI:10.1103/PhysRevC.92.054909.


  [17] ADAMS J,ADLER C,AGGARWAL M M,et al. Identified Particle Distributions in pp and Au+Au Collisions at[SNN] =200GeV[J]. Physical Review Letters,2004,92(11):112301. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.112301.


  [18] ADLER S S,AFANASIEV S,AIDALA C,et al. Identified charged particle spectra and yields in Au+Au collisions at [SNN]=200 GeV[J]. Physical Review C,2004, 69(3):034909. DOI:10.1103/PhysRevC.69.034909.


  [19] BACK B B,BAKER M D,BALLINTIJN M,et al. Identified hadron transverse momentum spectra in Au+Au collisions at [SNN]=62.4 GeV[J]. Physical Review C,2007, 75(2):024910. DOI:10.1103/PhysRevC.75.024910.


  [20] ABELEV B,ADAM J,ADAMOV\'A D,et al. Pion,Kaon,and Proton Production in Central Pb -Pb Collisions at [SNN]=2.76 TeV[J]. Physical Review Letters,2012, 109(25):252301.DOI:10.1103/PhysRevLett.109.252301.


  [21] ABELEV B,ADAM J,ADAMOV\'A D,et al. Centrality dependence of π,K,and p production in Pb-Pb collisions at [SNN]=2.76 TeV[J]. Physical Review C,2013,88(4):044910. DOI:10.1103/PhysRevC.88.044910.


  [22] ADAMS J,AGGARWAL M M,AHAMMED Z,et al. Azimuthal anisotropy in Au+Au collisions at [SNN] =200 GeV[J]. Physical Review C,2005,72(1):014904. DOI:10.1103/PhysRevC.72.014904.


  [23] AFANASIEV S,AIDALA C,AJITANAND N N,et al. Systematic studies of elliptic flow measurements in Au+Au collisions at [SNN]=200 GeV[J]. Physical Review C,2009, 80(2):024909. DOI:10.1103/PhysRevC.80.024909.


  [24] ABELEV B,ADAM J,ADAMOV\'A D,et al. Elliptic flow of identified hadrons in Pb-Pb collisions at [SNN]=2.76 TeV[J]. Journal of High Energy Physics,2015,190(6):1-41.DOI:10.1007/JHEP06(2015)190.


  [25] HEINZ U. Early collective expansion:relativistic hydrodynamics and the transport properties of QCD matter[M]// STOCK R. Relativistic Heavy Ion Physic.Berlin & Heidelberg:Springer-Verlag.2010. DOI:10.1007/978-3-642-01539-7_9.


  [26] OLLITRAULT J Y. Anisotropy as a signature of transverse collective flow[J]. Physical Review D,1992, 46(1):229 -245. DOI:10.1103/PhysRevD.46.229.


  [27] SCHENKE B. Flow in heavy-ion collisions-Theory Perspective[J]. Journal of Physics G:Nuclear and Particle Physics,2011,38(12):124009. DOI:10.1088/0954-3899/38/12/124009.


  [28] SNELLINGS R. Collective expansion at the LHC:selected ALICE anisotropic flow measurements[J]. Journal of Physics G:Nuclear and Particle Physics,2014, 41(12):124007. DOI:10.1088/0954-3899/41/12/124007.


  [29] ZHANG Y,YANG J,WU W H. Effect of in-medium mass-shift on transverse-momentum spectrum and elliptic anisotropy on phi meson[J]. International Journal of Modern Physics E,2020, 29(7):2050047.DOI: 10.1142/S0218301320500470.


  [30] YANG A G,ZHANG Y,CHENG L,et al. Squeezed Back-to-Back Correlation of D0-antiD0 in Relativistic Heavy-Ion Collisions[J]. Chinese Physics Letters,2018,35(5):052501.DOI:10.1088/0256-307X/35/5/052501.


  [31] XU P Z,ZHANG W N,ZHANG Y. Squeezed back-to-back correlation between bosons and antibosons with different in-medium masses in high-energy heavy-ion collisions[J]. Physical Review C,2019,99(1):011902(R). DOI:10.1103/PhysRevC.99.011902.


  [32] ASAKAWA M,CSORGO T,GYULASSY M. Squeezed Correlations and Spectra for Mass-Shifted Bosons[J]. Physic Review Letters,1999,83(20):4013. DOI:10.1103/PhysRevLett.83.4013.


  [33] PADULA S S,KREIN G,CSORGO T,et al. Back-to-back correlations for finite expanding fireballs [J]. Physical Review C,2006,73(4):044906. DOI:10.1103/PhysRevC.73.044906.


  [34] BJORKEN J D. Highly relativistic nucleus-nucleus collisions:The central rapidity region[J]. Physical Review D,1983,27(1):140. DOI:10.1103/PhysRevD.27.140.


  [35] KOLB P F,SOLLFRANK J,HEINZ U. Anisotropic transverse flow and the quark-hadron phase transition[J]. Physical Review C,2000,62(5):054909. DOI:10.1103/PhysRevC.62.054909.


  [36] KOLB P F,RAPP R. Transverse flow and hadrochemistry in Au+Au collisions at [SNN]=200GeV[J]. Physical Review C,2003,67(4):044903. DOI:10.1103/PhysRevC.67.044903.


  [37] SHEN C,HEINZ U,HUOVINEN P,et al. Systematic parameter study of hadron spectra and elliptic flow from viscous hydrodynamic simulations of Au+Au collisions at [SNN]=200 GeV[J]. Physical Review C,2010,82(5):054904. DOI:10.1103/PhysRevC.82.054904.


  [38] EFAAF M J,ZHANG W N,KHALILIASR M,et al. Pion Interferometry for Cylindrical Quark-Gluon Plasma Evolution Sources[J]. Chinese Physics C,2005,29(5):467. DOI:10.3321/j.issn:0254-3052.2005.05.007.


  [39] COOPER F,FRYE G. Single-particle distribution in the hydrodynamic and statistical thermodynamic models of multiparticle production[J]. Physical Review D,1974,10(1):186. DOI:10.1103/PhysRevD.10.186.


  [40] ZHANG Y,YANG J,ZHANG W N. Squeezed correlations of φ meson pairs for hydrodynamic sources in high-energy heavy-ion collisions[J]. Physical Review C,2015,92(2):024906.DOI: 10.1103/PhysRevC.92.024906.


  [41] BACK B B,BAKER M D,BARTON D S,et al. Centrality dependence of the charged particle multiplicity near midrapidity in Au+Au collisions at [SNN]=130 and 200 GeV[J]. Physical Review C,2002,65(6):061901(R). DOI:10.1103/PhysRevC.65.061901.


  [42] ALVER B,BACK B B,BAKER M D,et al. Charged-particle multiplicity and pseudorapidity distributions measured with the PHOBOS detector in Au+Au,Cu+Cu,d+Au,and p+p collisions at ultrarelativistic energies[J]. Physical Review C,2011,83(2):024913. DOI:10.1103/PhysRevC.83.024913.


  [43] AAMODT K,ABELEV B,QUINTANA A A ,et al. Charged-Particle Multiplicity Density at Midrapidity in Central Pb-Pb Collisions at [SNN]= 2.76TeV[J]. Physical Review Letters, 2010,105(25):252301. DOI:10.1103/PhysRevLett.105.252301.


  [44] AAMODT K,QUINTANA A A,ADAMOVA D,et al. Centrality Dependence of the Charged-Particle Multiplicity Density at Midrapidity in Pb-Pb Collisions at [SNN]=2.76TeV[J]. Physical Review Letters,2011,106(3):032301. DOI:10.1103/PhysRevLett.106.032301.


  [45] ZYLA P A,BARNETT R M,BERINGER J,et al. 2020 Review of Particle Physics[J]. Progress of Theoretical and Experimental Physics,2020(8):083C01. DOI:10.1093/ptep/ptaa104.


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