相对论重离子碰撞中的玻色-爱因斯坦凝聚

The project concerns the Bose-Einstein condensation of gluons in ultrarelativistic heavy ion collisions. The over-population of gluons in the early stage of heavy ion collisions provides the possibility for the production of a gluon condensate. The formation of the condensate may accelerate the thermal equilibration of the quark-gluon system. This idea provides us a new key mechanism for understanding the formation of the quark-gluon plasma. New findings have been achieved from recent investigations. However, in studies from several international research groups, only static, non-expanding system of quarks and gluons was considered. The study of the gluon condensation in an expanding system is still a theoretical challenge. The proposal of the present project is based on our recent work, in which we have employed the Boltzmann type transport model BAMPS to study the gluon condensation in a static, non-expanding system. In the present project we will apply new techniques to improve BAMPS. The main research interests will focus on Bose-Einstein condensation in an expanding quark-gluon system produced in ultrarelativistic heavy ion collisions. In particular, we will investigate the potential occurrence of a gluon condensate, its role on the thermalization and its effect on decreasing the shear viscosity of gluons. These efforts will make an important step forward in understanding the existence of the quark-gluon plasma.

本项目涉及相对论重离子碰撞中可能出现的玻色-爱因斯坦凝聚现象。高能重离子碰撞初期产生的胶子数目过剩为玻色-爱因斯坦凝聚的形成创造了条件。形成凝聚的过程将促进夸克胶子系统趋向热力学平衡态，即热化。这为理解夸克胶子等离子体的形成提供了崭新的机制。对胶子玻色-爱因斯坦凝聚现象的研究是目前国际上高能重离子核物理领域的热点课题之一。目前国际上多个研究组对胶子凝聚的研究局限于静止非膨胀的夸克胶子系统，对膨胀系统中胶子凝聚的研究仍是空白。本项目将以申请人对非膨胀系统胶子凝聚的初步研究为基础，发展完善基于玻耳兹曼方程的部分子输运模型BAMPS，重点探索膨胀的夸克胶子系统中胶子的玻色－爱因斯坦凝聚现象及其对夸克胶子系统热化的贡献，以及胶子凝聚对胶子的剪切粘滞系数的影响，努力在认识夸克胶子等离子体形成机制方面做出重要突破。

重离子碰撞中产生的夸克胶子系统如何通过热化过程形成夸克胶子等离子体是一个目前国际上悬而未决的重要科学问题。胶子是玻色子，重离子碰撞初期产生的过剩胶子系统有可能发生玻色-爱因斯坦凝聚，从而促进胶子系统的热化。本项目的提出基于申请人已经完成的关于胶子玻色－爱因斯坦凝聚的初步研究工作，应用BAMPS输运模型，计划研究膨胀的夸克胶子系统中胶子的玻色－爱因斯坦凝聚及其对夸克胶子系统热化的贡献。.在本项目的执行中，我们首先研究了过剩玻色粒子系统在发生玻色-爱因斯坦凝聚前的输运行为。数值计算结果表明了动量空间分布函数在一定的动量区域内具有描述粒子能量输运的自相似解。第二，我们研究了玻色-爱因斯坦凝聚对玻色粒子系统剪切粘滞系数的影响。在粒子数守恒的条件下，通过推导，给出了玻色粒子系统剪切粘滞系数与凝聚粒子密度以及弹性散射截面之间的解析关系式。关系式显示剪切粘滞系数随着凝聚密度的增加而减小。另外，我们也研究了胶子凝聚对胶子系统剪切粘滞系数的降低。第三，我们研究了非弹性散射对玻色-爱因斯坦凝聚的影响。研究表明，对于质量非零的玻色粒子系统，只有当非弹性散射的反应截面小到可以忽略不记时才会出现短暂的凝聚。这也暗示了在这样的玻色粒子系统中，即使粒子数过剩，也很难形成玻色-爱因斯坦凝聚。原计划研究Gribov类型色散关系下以及膨胀系统中胶子的玻色－爱因斯坦凝聚。这部分内容仍在研究中，尚未完成。.另外，在本项目原计划之外，我们研究并完成了如下的课题：QCD物质一级相变的粘滞效应，磁场下各向异性输运系数，等离子体电磁场的自组织行为。项目负责人参与并完成了对重离子碰撞中的光子产生，磁场效应，Kramers逃逸率，以及质子-铅核碰撞中初末态效应对椭圆流的影响等课题的研究。.项目执行期间共发表10篇SCI论文。