论文摘要
极端条件下的核物质,比如极端高温下的核物质,广泛存在于宇宙当中。这一研究方向是当今核物理研究的前沿之一。量子色动力学（QCD）是描述核物质之中核子之间强相互作用的基本理论。由于色禁闭效应,通常情况下,夸克和胶子总是被禁闭核子内部。在极端高温或高密情况下,核物质将会发生相变,从而形成一种由自由夸克和胶子组成新的物质形态,被称为夸克胶子等离子体（QGP）。夸克胶子等离子体可以在高能重离子碰撞实验中产生,这类实验有时也被称为“实验室中大爆炸”。位于欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）,以及位于美国布鲁克海文国家实验室（BNL）的相对论重离子碰撞装置（RHIC）,是现在两个主要的高能重离子碰撞实验装置。这些实验有助于探索强相互作用的性质,并可以帮助我们更深入地理解早期宇宙的演化。重离子偏心碰撞会产生极强的磁场和巨大的角动量。强磁场会诱导出一系列反常量子输运,比如手征磁效应（CME）和手征涡旋效应（CVE）。手征磁效应会导致沿磁场方向上的电荷分离。虽然很多重离子实验都在积极的寻找手征磁效应,但从繁杂的实验背景中分辨出手征磁效应的信号仍然是一个艰巨的挑战。为了定量的研究手征磁效应,人们需要知道磁场在时空中精确的分布。为了进一步研究手征磁效应,人们将利用同原子核数但不同质子数的重离子进行碰撞对比实验,例如用钌-96和锆-96重离子进行对撞对比实验。在相对论重离子实验RHIC能量下,对撞产生的磁场预计高达1018高斯,在大型强子对撞机LHC能量下,磁场将高达1019高斯。为了得到更精确的磁场,人们一般采用Lienard-Wiechert势,或者通过求解麦克斯韦方程,来得到重离子碰撞早期的磁场。但是,夸克胶子等离子体是个良好的导体。夸克胶子等离子体的导电行为和非零电导,将会影响电磁场的传播。在本论文的第一部分,我们给出了得到Lienard-Wiechert势的一种理论推导,并利用格林函数法求解非零电导和手征磁电导下的麦克斯韦方程,从而得到的电磁场解析表达式。我们将这些结果运用到同原子核数但不同质子数的重离子进行碰撞对比实验中。我们也检验了碰撞参数的影响,比较了对比实验产生电磁场的差异。我们采用MC-Glauber模型进行计算,结果表明含有非零电导和手征磁导的物质产生的磁场,衰减比零电导和手征磁导的情形慢。同时,在对于重离子对比实验,我们的结果是钌-钌和锆-锆对撞产生的磁场比值为44/40=1.1,这也与钌有44个质子和锆有40个质子的事实相一致。研究夸克胶子等离子体演化的另一个主要方法是相对论流体动力学模型。在强磁场的情况下,需要引入流体和磁场的耦合方程以及磁场的演化方程,于是流体力学模型将会扩展成相对论性磁流体动力学（MHD）。在论文的第二部分,我们研究了具有纵向膨胀不变性和手征磁效应的反常磁流体力学。我们的相对论磁流体力学方程中包含了有限的电导率。一般情况下,含有手征磁效应的反常磁流体力学的数值结果可能非常不稳定。因为,我们找到了一个特定情况下的解析解,它提供了研究这一复杂过程的简单物理图像,可以用于标度数值模拟结果。为了得到解析解,我们首先得到了具有纵向膨胀不变性的磁流体力学方程。进而,我们考虑电中性流体以避免流体加速。我们找到了满足纵向膨胀不变性的电磁场构型,最后通过求解麦克斯韦方程组和反常手征流方程,我们得到两组状态方程下的近似解析解。这两组状态方法,分别对应于高化学势的致密极限和高温热极限。我们将解析解与数值结果进行了比较。结果表明,解析解在高手征化学势或弱场情况下与数值解符合的很好。我们也在实验室系中的验证了电磁场所满足的麦克斯韦方程。在相对论重离子碰撞中,转动与极化通常是关联在一起的。在重离子偏心碰撞中会产生巨大的角动量,很多模型都可以估算其大小。我们进一步理解实验上测量整体极化的方法。在本论文的第三部分,我们研究了相对论重离子碰撞中的整体极化效应。实验上,整体极化是通过测量∧超子弱衰变形成的质子与χ介子进行测量的。实验上测量一般是在A超子的静止系进行平均后得到的。我们通过洛伦兹变换,提出了另一种测量A与∧超子整体极化的方法。这种方法的优点是,事例平均是在实验室系而不是在A超子的静止系。我们使用UrQMD模型产生∧超子的四动量样本,并与实验进行比较。我们发现,所得的在实验室系中超子的整体极化和实验符合的很好。我们希望我们的方法将来可以被用于实验。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: Irfan Siddique
导师: 王群
关键词: 相对论重离子碰撞,夸克胶子等离子体,手征磁效应,相对论性磁流体动力学,整体极化
来源: 中国科学技术大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 物理学,核科学技术
单位: 中国科学技术大学
分类号: O571.6
DOI: 10.27517/d.cnki.gzkju.2019.000228
总页数: 167
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标签：相对论重离子碰撞论文; 夸克胶子等离子体论文; 手征磁效应论文; 相对论性磁流体动力学论文; 整体极化论文;