相对论重离子碰撞中热密介质对重夸克偶素形成过程的影响

Confined matter with strong interaction can be transformed to a deconfined matter, called “quark-gluon-plasma” (QGP) at high temperature or high density. Heavy quarkonium is a good probe for this deconfined matter, it can carry the early information of QGP. Both heavy quarkonium and QGP produced in heavy ion collisions are non-equilibrium system with strong internal evolutions. For heavy quarkonium, many theoretical studies assume they exist as a certain eigenstate in QGP after heavy quark pair production, and consider the suppression of each eigenstate separately. In heavy ion collisions, heavy quark dipoles may exist as a combination of different eigenstates due to hot medium effects. The color screening and parton inelastic collisions from deconfined matter can result in both dissociation and transition of eigenstates inside a heavy quark dipole, which is usually neglected before. This project employ the time-dependent Schrodinger equation to study the quantum effects of dipole sub-system in thermal bath(QGP), including dissociation and transition of different eigenstates in the dipole, coupling strength between heavy quarks and QGP, heavy quark energy loss.

强相互作用物质可以在高温高密情形下，形成退禁闭物质，称为夸克胶子等离子体（QGP）。重夸克偶素能携带QGP早期信息，是个很好的探针。在相对论重离子碰撞中, 产生的夸克胶子等离子体和重夸克偶素都伴随着剧烈演化。对于重夸克偶素，许多理论假设它产生后，迅速塌缩到本征态，然后在QGP中解离。而在重离子碰撞中，由于热密介质效应，重夸克偶素在QGP中可能以混合态存在. 热密介质的色屏蔽效应和部分子非弹性散射, 不仅会导致混合态中各个本征态的产额压低, 也会导致不同本征态之间的跃迁. 这种量子效应在以往的许多研究中都被忽略了. 本项目通过含时薛定谔方程,集中研究在热密介质中,重夸克偶素体系内部的量子效应, 包括不同本征态之间的跃迁和解离, 重夸克与周围环境的耦合强度, 和重夸克本身的能量损失.

当把两个原子核加速到接近光速进行对撞，碰撞区域会产生由夸克和胶子构成的高温高密物质，被称为“夸克胶子等离子体”。宇宙在大爆炸早期阶段也认为是这种物质状态。所以，在实验室中寻找这种物质状态、并研究它的性质显得非常重要。由于这种高温高密物质的存在寿命非常短暂，且温度极高，一般借助相关探针来研究夸克胶子等离子体的相关性质。这个课题是通过重夸克偶素的末态产额来研究早期高温物质与重夸克偶素之间的相互作用，相关成果整理并发表了6篇学术论文。. 之前的经典模型一般忽略了重夸克偶素内部波函数的演化细节，以及不同重夸克偶素本征态之间的相互演化。在这个项目中，研究了有限温度下的重夸克偶素由于受到色屏蔽效应而发生波函数演化的行为。相关成果如下：（1）在高温环境中重夸克偶素受到色屏蔽效应，重夸克偶素的波函数会随着相互作用势而改变，我们建立含时薛定谔方程，把薛定谔方程和流体力学方程耦合在一起，进行数值求解，研究了upsilon粒子和粲偶素粒子的波函数在相对论重离子碰撞中的演化。相关成果发表在了Chinese Physics C，并被选为当期封面论文。对于粲夸克偶素，在温度接近相变温度时，受到部分色屏蔽的重夸克偶素相互作用势，会使得波函中激发态2S向基态1S态演化，而在高温条件下，情况反过来。（2）我们研究了原子核早期的超强电磁场产生的重夸克偶素，两个光子相互作用能够产生动量极低的粲夸克偶素，我们把光子产生机制和高温高密环境同时考虑到模型计算中，并系统的计算了重夸克偶素的产额过程。这有利于确定原子核碰撞早期电磁场的强度，对相关的磁场和夸克物质相互作用有重要帮助。