RHIC能区守恒荷的高阶矩和横动量起伏的有限尺度标度行为研究

格点QCD理论预言了强相互作用物质的相变临界点的存在，相对论重离子对撞机RHIC即将进行能量扫描试图寻找相变临界点的实验证据。选择什么物理量可以表征相变，以及研究这些物理量在相变点附近具有怎样的关联起伏行为是当前相对论重离子碰撞的重要课题之一。本项目将统计物理中用来分析相变临界理论的有限尺度标度性方法引入到碰撞系统是有限大小的高能重离子实验中来研究QCD相变。着重研究RHIC能区末态净质子数守恒荷的高阶矩和带电粒子的逐事件平均横动量起伏的有限尺度标度行为。把重离子碰撞的实验结果与多相输运模型AMPT的结果进行比较、分析。期望在这一探索领域找到高能碰撞中能够表征系统动力学性质的逐事件关联和起伏所遵循的相变规律和性质，并为寻找QCD相变临界点提供一些实验上的证据。

当前，高能重离子碰撞的重要目标之一是探寻从强子物质到夸克胶子等离子相变的相边界。在重离子碰撞实验中，守恒荷的高阶矩与系统的关联长度及格点QCD计算的系统的感应率可以直接对应，是理论和实验上研究QCD相变的热点之一。本项目主要研究RHIC能区守恒荷的高阶矩和横动量关联起伏性质。首先计算了净质子数的各阶矩，分析统计起伏对动力学观测量的贡献大小。我们提出了采用扣除统计起伏的动力学高阶矩作为寻找理论预言QCD相变的高阶矩的奇异行为的敏感观测量。在碰撞系统是有限大小的尺度下，用理论热模型和输运模型在低等横动量空间计算了净质子数的Binder矩关联和起伏对系统中心度和能量的依赖性，分析了不同蒙特卡洛模型计算的结果并与理论QCD预言可能的相变信号进行了比较。利用布鲁克海汶国家实验室(BNL)上的RHIC/STAR实验采集的金核-金核碰撞数据，在中心快度区间计算了末态净质子数和总质子数的高阶矩的起伏大小。在金核-金核碰撞能量低于19.6GeV时，发现净质子数的动力学的四阶矩在偏心碰撞下的值是正值。 在金-金碰撞能量高于19.6GeV时，动力学的四阶矩在偏心碰撞下的值均小于零。 这表明在RHIC能量扫描下的19.6GeV附近对相变临界行为敏感的净质子数的动力学高阶矩有符号改变的行为。这与理论Sigma模型计算的结果一致。通过对总质子数的高阶矩的计算，我们发现其动力学的四阶矩在偏心碰撞下的值是正值。在中心碰撞下的总质子数的四阶矩的值在零附近。在RHIC能量扫描下总质子数的动力学高阶矩没有符号改变的行为。利用多相输运AMPT模型计算的结果表明在各个碰撞能量和中心度下，两个版本的AMPT模型得到的净质子数的动力学四阶矩在偏心碰撞时均是正值。在没有相变机制的输运模型框架下的净质子数的动力学高阶矩没有观察到符号改变的行为。我们认为从实验上确定相变临界点的位置还需要增加RHIC扫描的能量点并加大统计样本。同时深入对各种非临界行为的传统效应例如探测器接收度、中心度的确定方法等的研究才能最终定出QCD相变的相边界。