高能QCD环境中胶子饱和物质产生的信号及其性质的研究

To deeply know the gluon saturation matter and enhance the acceptance of the gluon saturation theory in the field of high energy nuclear physics, we will use vector meson production in diffractive deep inelastic scattering, hydrodynamic evolution and suppression of the final state hadron production in hadron-nucleus collisions to study signatures of gluon saturation matter and its properties. Theoretical studies found that the diffractive vector meson production is very sensitive to the gluon saturation effect. Thus, we will compute the higher order vector meson wavefunction in this project, then use the high order emission and collinear improved scattering amplitude to derive a complete vector meson production amplitude; After the modified amplitude will be used to extract the gluon saturation signatures from HERA,RHIC and LHC experimental data. For the properties of gluon saturation matter, there are two aspects: To improve the accuracy of the model, the inelastic contribution and the effect of the hot medium on fragmentation function should be included to establish a complete gluon saturation particle production model to study the mechanism of the gluon saturation matter production and its evolution; The hydrodynamic model is employed to study the properties of the gluon saturation matter by taking into account the high order emission and quantum fluctuation corrections in initial parton energy distribution.

为了更深入地认识胶子饱和物质，促进胶子饱和理论能被高能核物理领域广泛地接受，我们将利用衍射深度非弹性散射过程中矢量介子的产生、高能强子-核碰撞过程中流体动力学演化和末态强子产额压低等手段，研究胶子饱和物质产生的信号及其性质。理论研究一致认为衍射过程中矢量介子的产生对胶子饱和效应最为敏感，因此本项目将计算矢量介子波函数的高阶辐射修正，结合一圈夸克和胶子以及共线修正的散射振幅，推导完整的次领头阶矢量介子产生截面；采用该截面从HERA、RHIC和LHC实验数据中提取胶子饱和物质产生的信号。对于胶子饱和物质的性质讨论，主要涉及以下两个方面：为了提高模型精度，需要考虑非弹性散射的贡献和热密介质对部分子碎裂函数的影响，建立完整的次领头阶胶子饱和粒子产生模型，研究胶子饱和物质的产生和演化机制；考虑高阶辐射修正和量子涨落效应对初态部分子能量分布的影响，结合流体动力学模型，研究胶子饱和物质的性质。

色玻璃凝聚有效理论总体还处于领头阶精度，不能较好地描述现有的相关实验数据，同时该理论能解释的物理现象也能用其他的微扰QCD理论所描述，因此本项目主要致力于提高色玻璃凝聚有效理论的精度以及寻找色玻璃凝聚物质存在的信号。本项目首先把领头阶的矢量介子产生模型推广到次领头阶精度水平。考虑了夸克圈与胶子圈、共线重求和等次领头阶效应的贡献，改进了偶极子散射振幅随快度的演化速度，使得理论模型能够很好地描述HERA和LHC能区J/Psi、Rho和Phi等矢量介子产生相关实验数据。其次，我们利用射弹快度与靶快度之间的关系，推导了靶快度表示下完整的次领头阶色玻璃凝聚物质演化方程，一方面解决了射弹表示下次领头阶演化方程不稳定的困难，另一方面使得演化方程描述的物理量与实验上测量量在表示上完全相一致，极大地提升了理论的预言能力。再次，我们还研究了不同跑动耦合常数方案对偶极子散射振幅的影响，发现了最小偶极子尺度跑动耦合常数方案能有效地压低偶极子散射振幅随快度的演化速度，并且它是HERA能区电子-质子散射约化截面实验数据最佳描述方案。此外，我们还在完整次领头阶演化方程的基础上考虑了稀有涨落效应的影响，研究发现加入稀有涨落贡献后，偶极子散射矩阵在指数上有Sqrt(2) 的压低，从而导致偶极子散射振幅的演化进一步受到抑制。最后，我们在NRQCD框架下研究了矢量介子的产生，考虑到直接光子过程中光子-夸克相互作用对矢量介子产生的贡献，以及分解光子过程中胶子-胶子、夸克-夸克、夸克-胶子等反应道对矢量介子产生的影响，研究了HERA和LHC能区J/Psi和Psi(2s)等矢量介子的产生，结果表明这些反应道占很重要的比例，其中胶子-胶子相互作用对J/Psi有接近30%的贡献。