高能重離子碰撞中pion介子和奇異粒子研究獲重要進展

　　近日，中科院近代物理研究所原子核理論組研究人員基于自己發展的蘭州量子分子動力學(LQMD)模型，對高能重離子碰撞中產生的π介子和奇異粒子(K, ∧和Σ)進行了深入研究。計算結果表明，本模型能夠很好地描述介子產額、π-/π+激發函數、橫向動量分布等實驗觀測量，為將來進一步分析蘭州CSR上的實驗數據提供了理論依據。

　　高密區域同位旋非對稱核物質性質是理解天體演化相關物理問題的重要參量，如中子星性質、超星系爆發等。目前，人們對高密區域同位旋非對稱核物質狀態性質了解甚少。高能重離子加速器的建造為研究高密核物質相圖提供了重要平臺，如我國的蘭州重離子加速器冷卻儲存環(HIRFL-CSR)，德國的SIS18等。在實驗室里提取重離子碰撞高密區域有關的物理觀測量會受到核介質效應的影響，可以借助輸運模型來研究重離子碰撞形成的高密核物質相圖信息。高能重離子碰撞中π介子和奇異粒子主要是在高密區域發射的，即大于核物質飽和密度ρ0，如圖1給出了197Au+197Au碰撞中心密度和粒子產生隨時間的演化。可以看到，K (K0和K+)介子主要在碰撞系統演化早期產生，因此K介子是探針高密核物質相圖的重要觀測量，而∧和∑由于奇異數交換需要更長時間達到平衡。圖2是基于LQMD計算的該系統中心碰撞下庫侖能、對稱能和π光學勢對π介子產生橫向動量影響。可以看到，考慮了π勢后增加了高動量π介子的產生，從而改善了計算結果。由圖3可知，π產生多重性對于庫侖能、對稱能和π勢的依賴性不敏感。庫侖能和對稱能會影響π-/π+比值，而π勢對其影響不大。因此在由π-/π+比值提取高密對稱能信息時可以不考慮π勢的影響。

　　基于LQMD模型，科研人員分析了π介子直接流的分布，并與質子流做了比較，如圖4所示。由于“陰影效應”，即π 介子產生后受到“旁觀”核子的吸收(πN→Δ)，以及π和核子庫侖作用的影響，周邊碰撞時π介子流呈現出與質子流相反的趨勢。計算結果能夠與FOPI合作組測量的實驗數據較好地符合。科研人員在LQMD模型中考慮了強子－強子碰撞產生K介子的所有反應道，在域能附近最主要的反應道有BB→BYK和πB→YK，其中B(N,Δ),Y(∧,Σ)和K(K0,K+)。πB→YK道對K產生大概有1/3貢獻。圖5給出了重系統197Au+197Au和輕系統12C+12C碰撞產生奇異粒子激發函數，并與KaoS合作組實驗數據(K+)做了比較。

　　相關研究結果發表在Physical Review C 82, 044615 (2010); 82, 057901(2010)。該項研究得到國家自然科學基金、中國科學院“院長獎學金獲得者”專項基金和中國科學院西部之光“西部博士”項目資助。

圖1  在實驗室系入射能量1.5A GeV時197Au+197Au碰撞中心密度和π，K，∧，∑產生隨時間的演化

圖2  在LQMD模型中考慮庫侖能、對稱能和π光學勢計算的系統197Au+197Au在入射能量1A GeV時橫向動量分布與實驗數據比較

圖3  庫侖能、對稱能和π光學勢對系統197Au+197Au碰撞中π多重性和π-/π+比值的影響

圖4 入射能量1.5A GeV時系統197Au+197Au在近中心和周邊碰撞時LQMD模型計算的π和質子直接流與實驗數據比較

圖5  LQMD模型計算的系統197Au+197Au和12C+12C碰撞產生奇異粒子激發函數與實驗數據(K+)比較