重离子碰撞中核子-核子短程关联效应与对称能高密行为的理论研究

In recent years, the equation of state of asymmetric nuclear matter, especially the high-density behavior of symmetry energy, plays a crucial role in understanding many problems and phenomena in nuclear physics and nuclear astrophysics. In heavy-ion collisions (HIC) at intermediate energies, dense nuclear matter can be formed with high asymmetry in neutron and proton numbers, and the HIC experiment is an unique tool to constrain the density-dependence of symmetry energy at high densities in laboratory. This project intends to improve and complete the isospin dependent Ultra relativistic Quantum Molecular Dynamics (UrQMD) transport model with the considering of high-momentum tail of nucleon momentum distribution caused by short range nucleon-nucleon correlations and the symmetry potential in which the short range nucleon-nucleon correlations also will be included. Within the improved UrQMD transport model, various sensitive probes to the high-density behavior of symmetry energy in HIC at intermediate energies will be studied systematically. The effect of the short range nucleon-nucleon correlations on fragmentation formation in HIC at intermediate energies will be mainly investigated. Through the comparison with the experimental data, the high-density dependent behavior of symmetry energy will be probed in this project. And the new sensitive probe of symmetry energy will be expected to be found through comparison with the conclusion of the Isospin dependent Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck (IBUU) transport model.

非对称核物质状态方程(特别是对称能的高密行为)的研究是当前核物理领域的热点之一，这一研究对于认识和理解核物理与核天体物理中的许多问题和现象至关重要。重离子碰撞是目前实验室内可以形成高密非对称核物质，从而用于研究对称能高密行为的唯一手段。本项目拟通过考虑由核子-核子短程关联导致的核子动量分布的高动量尾巴，以及包含核子短程关联效应的核对称势，进一步改进和完善同位旋相关的极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型；系统研究其对中能重离子碰撞中常用的对称能敏感观测量的影响，尤其是对碎片产生机制的影响，通过与实验数据比较探测对称能的高密依赖行为。将研究结果与同位旋相关的Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck (IBUU)输运模型的计算结果进行系统的比较，寻找更加适合实验测量的模型不依赖的对称能的敏感探针。

非对称核物质状态方程(特别是对称能的高密行为)的研究是当前核物理领域的热点之一，这一研究对于认识和理解核物理与核天体物理中的许多问题和现象至关重要。重离子碰撞是目前实验室内可以形成高密非对称核物质，从而用于研究对称能高密行为的唯一手段。本项目的主要研究内容是通过考虑由核子-核子短程关联导致的核子动量分布的高动量尾巴，以及包含核子短程关联效应的核对称势，进一步改进和完善同位旋相关的极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型；通过与同位旋相关的Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck (IBUU)输运模型的计算结果进行系统的比较研究其对中能重离子碰撞中常用的对称能敏感观测量的影响，并且结合实验数据探测对称能的高密依赖行为。.我们基于Jlab实验室的研究结果与Brueckner-Hartree-Fock (BHF)微观多体理论方法得到了原子核中核子动量分布的高动量尾巴形式，得到它的最大动量截断值大约为2pF；并且利用扩张的BHF微观多体方法计算发展了一个考虑了核子-核子短程关联效应的动量依赖且密度依赖的对称势，并将其推广到较高密度区域。而且，已经把该结果引入了同位旋相关的UrQMD输运理论模型的粒子输运过程中。基于IBUU和UrQMD模型计算了核子-核子短程关联效应导致的核子动量分布的高动量尾巴对对称能的敏感观测量——光子发射的影响，发现考虑高动量尾巴后，光子能量谱的结果可以很好地符合实验数据。该研究不仅完善了输运模型，减少了对称能探测的部分不确定性，增加了探测对称能密度依赖行为的准确性，而且增强了对核子-核子短程关联相互作用的深入认识。在本项目的研究过程中，我们发现核子结合能的自旋-同位旋分解是深入了解对称能高密行为的关键，对其的研究很有必要。因此，我们基于BHF微观多体理论方法对自旋-同位旋的分解做了一些研究，发现在较高密度区域，同位旋三重态对对称能的影响起主导作用，并且导致轻微的beta平方律的破缺，该结果促使我们将该研究进一步的向更高密度区域（大于0.6 fm-3）延伸，有助于研究中子星内核区域的性质。