高能重离子碰撞中电荷分离现象的动力学研究

Charge separation phenomenon is an important discovery among many RHIC and LHC experimental results, which is now attracting lots of attention in the field of high-energy heavy-ion collisions. In this project, we plan to systematically investigate the dynamical evolution mechanisms of charge separation due to Chrial Magnetic Effect for a large energy range (from HIAF, RHIC to LHC) by using transport models. The project is very important for understanding the laws of strong interactions, learning about the early state and dynamical evolution mechanisms of high-energy heavy-ion collisions, and searching for the phase transition of Quark Gluon Plasma and QCD critical point. In addition, the project can be also served as a theoretical preparation for possible experimental measurements at HIAF in China in the future, which focus on the phase transition and properties of high baryon density matter.

在RHIC和LHC的大量的实验结果中，电荷分离现象是近年来的一个非常重要的科学发现，也是目前高能重离子碰撞领域的一个研究热点问题。本项目计划利用粒子输运模型在较大的能量范围内（从HIAF、RHIC 直至LHC能量）系统地研究高能重离子碰撞中由手征磁效应造成的电荷分离的动力学演化机制。本项目对于深入理解碰撞早期的强相互作用的物理规律，揭示高能重离子碰撞的早期状态和演化机制，寻找夸克胶子等离子相变和临界点有着重要意义。与此同时，也为未来在我国的新一代高能强流重离子加速设施HIAF开展高重子密度核物质相变和性质的研究做好相应的理论模拟工作。

相对论重离子碰撞不仅可以在实验室环境中产生高温高密的退禁闭部分子物质-夸克胶子等离子体，而且可以在碰撞早期产生极强的电磁场。在这样的条件下，理论上预言可以发生很多奇特的手征反常输运现象，比如著名的手征磁效应（手征不对称导致了沿着磁场方向的电荷分离现象）。对于手征磁效应等手征反常输运现象的实验探测成为目前相对论重离子碰撞机（RHIC）和大型强子对撞机（LHC）实验中一个重要的研究方向。由于碰撞早期磁场的寿命较短，而且相对论重离子碰撞是一个包含很多末态相互作用的动力学演化过程，所以探索早期手征反常输运效应的末态动力学演化机制是一个非常重要的研究课题。我们使用输运理论模型研究了包括手征磁波引起的净电荷四极分布造成的正负π介子的椭圆流的劈裂、初始亚稳态的畴的数目和尺寸、手征电荷分离效应的实验观测量、对未来同质异荷素碰撞实验的理论预言、小碰撞系统中电磁场的性质、手征磁效应的夸克味道数目特性、和手征磁效应信号中的背景效应等与相对论重离子碰撞中手征反常输运相关的多种物理学现象。我们的研究工作为对于深入理解相对论重离子碰撞早期强磁场下的手征反常输运现象的物理规律，揭示重离子碰撞的早期状态和演化机制，探索夸克胶子等离子相变和QCD临界点都有着重要意义，并为在RHIC和LHC实验中测量手征反常输运现象提供了一些重要的理论依据和指导。