相对论重离子碰撞中喷注与热密物质的相互作用

One of the most important and exciting research areas at the frontier of high-energy nuclear physics is the study of strong-interaction matter under extreme conditions, and the exploration of quark-gluon plasma (QGP) and its novel properties in relativistic heavy-ion collisions. Hard partonic jets provide useful tools for the tomographic study of QGP as they interact directly with the hot and dense medium, and lose energy during the process. The basic picture of jet quenching has been confirmed by multiple experimental observations in high energy nuclear collisions. The final state particle distribution and correlations are influenced by many details in the energetic nucleus-nucleus collisions, such as the interaction mechanisms between jets and dense nuclear matter, the transport properties of QGP and its evolution in space and time, and the density and flow profies in the initial states, etc. The study in this proposal will be devoted, on one hand, to the improvement and new development of our theoretical modeling of jet quenching, aiming for a more compresensive understanding of different mechanisms and contributions in jet-medium interaction and jet quenching obervables. We will, on the other hand, combine jet energy loss models with relativisitic hydrodynamics simulation and initial state models to study the propoation and the modification of hard jets in hot and dense QGP, the response of medium to jet attenuation, and the manifestation of different processes in the final state particle distribution and correlations. We will compute the production and the correlations of final state hadrons, full jets, direct photons, and heavy flavor hadrons in high energy nucleus-nucleus collisions. Numerical calculations will be compared to the experimental measurements at RHIC and the LHC to achieve more detailed and accurate knowledge of the nature of jet-medium interaction and the transport proporties of hot and dense QGP created in realativistic heavy-ion collisions.

强相互作用物质在极端高温高密下的性质、以及在相对论重离子碰撞实验中寻找夸克胶子等离子体形成的信号并研究它的特性，是当前高能核物理的重要前沿课题。研究高能喷注在高温高密物质中的传播与修正是这个课题的最重要的手段之一。喷注与热密物质的相互作用机制、热密物质的输运性质和时空演化、初始状态能量密度和流速的分布和涨落等条件，都会影响末态粒子的动量分布和相互关联。本课题将继续从微扰QCD理论出发，改进和发展现有的喷注淬火理论，更全面了解喷注与热密物质相互作用和能量损失的机制。将喷注淬火模型和相对论流体力学对热密核物质的时空演化的描述相结合，研究喷注在热密物质中的传播以及对热密物质的激发，研究喷注淬火在碰撞末态观测量中的体现。我们将计算末态单强子、完整喷注、重味强子和直生光子的产生和分布以及末态粒子的关联，通过与实验数据相比较，确定喷注与热密物质的相互作用机制以及在碰撞中产生的夸克胶子等离子体的性质。

本项目的中心内容是研究相对论重离子碰撞中高能喷注与热密夸克胶子等离子体的相互作用。项目主要致力于改进和发展相对论重离子碰撞中喷注淬火理论和模型，重点研究整体喷注在高温高密核物质中的能量损失和核修正，研究喷注与热密核物质各种相互作用机制在相对论重离子碰撞中的体现和信号。通过计算末态粒子的分布和关联，紧密结合实验数据，进一步探索相对论重离子碰撞中产生的夸克胶子等离子体的动力学特性。近年来，申请人在本项目的资助下取得了一系列进展,主要的研究成果包括：较早研究了小碰撞系统的椭圆流和三角流；定量抽取了RHIC和LHC能区的喷注淬火参数 ；较早研究了整体喷注在热密核物质中的传播以及各种相互作用机制对喷注形状函数的核修正的贡献；系统研究了重味夸克的初态产生、在热密核物质中的传播演化以及末态的强子化；研究了纵向散射对部分子在致密核物质中产生的韧致辐射的影响；定量研究了相对论重离子碰撞中的纵向涨落以及各向异性集体流的纵向去关联；发展了喷注和重味夸克输运模型、系统研究了RHIC和LHC重离子碰撞中轻强子和重味强子的核修正；研究了末态大横动量强子-强子、强子-喷注之间的角关联、首次利用方位角关联来定量抽取喷注淬火参数 ；研究了整体喷注对QGP的激发效应在热密核物质中的演化以及在末态整体喷注测量中的体现和信号。这些工作和研究成果对进一步了解相对论重离子碰撞中产生的夸克胶子等离子体的输运性质和动力学演化等方面有积极的推动作用。