基于输运模型对核子有效质量劈裂、高密对称能及相关的模型依赖问题的研究

In this project, based on a microscopic transport model – the ultra-relativistic quantum molecular dynamics (UrQMD) model, we will make a detailed study on some issues, including the initial neutron and proton density distribution, mean field treatments including π and Δ resonance, medium modification of the Δ production channels, and cluster recognition criteria, which may influence experimental observables (e.g. the neutron-proton double ratio, π-/π+ yield ratio, and neutron-proton elliptic flow ratio) sensitive to the neutron-proton effective mass splitting and nuclear symmetry energy. After optimizing our model through a careful comparison of calculations with corresponding experimental data, observables and/or detection conditions with high sensitivity and reliability are hoped to be obtained for the guidance of forthcoming related experiments. Meanwhile, various treatments of initialization, mean field, collision term, and cluster recognition in other transport models (e.g ImQMD, IBUU, LQMD, BLE) will be examined in the UrQMD framework. After the comparison of calculation results under different model assumptions, the reason why some results are model dependent will be clear up. Further, following up the recent progress in experiments, more self-consistent information about both the nucleon effective mass splitting and the symmetry energy especially at high densities will be extracted.

本项目基于微观输运模型---极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型，对有可能影响核子有效质量劈裂和高密对称能实验观测量（如中子质子双比、π介子产额比和中子质子椭圆流之比）的数个因素做细致全面地分析，这些因素包括初始化时中子质子的密度分布、平均场势修正（包括π介子和Δ共振态）、Δ共振态产生道的介质效应及末态碎片构建等。通过与实验数据的比较对模型进行优化，在此基础上找出受模型参数影响更小、敏感度更高的观测量或者实验探测窗口，为将来开展的有关实验提供指导。本项目还将在UrQMD模型中引入其它输运模型（如ImQMD，IBUU，LQMD，BLE等）中通常处理初始化、平均场、碰撞项及碎片构建部分的方法和手段，通过仔细比对计算的结果，找出在提取核子有效质量劈裂和高密对称能信息时出现的模型及观测量依赖的原因；结合最新的相关实验进展，采用多观测量约束，自洽地提取出核子有效质量劈裂和高密对称能的信息。

高密对称能及核子有效质量劈裂信息对我们了解和认识原子核的结构与性质及核天体相关的物理过程都十分重要，是核物理领域研究的重要课题。输运模型和相关重离子碰撞实验数据的比较是研究它们的重要途径之一。在此背景下，本项目主要对以下内容进行了深入研究：1)对极端相对论量子分子动力学（UrQMD）模型进行了优化，考虑了pion和Kaon介子与核子相互作用势及洛伦兹力，研究它们对pion和Kaon介子产额、集体流等观测量的影响;2)研究了核子核子微分散射截面、时间步长等模型不确定参数对高密对称能敏感观测量的影响;3)与实验学家合作，利用中子-氢同位素椭圆流之比约束对称能的高密行为;4)提出利用带电粒子椭圆流随快度的变化情况为观测量，约束核物质状态方程的不可压缩系数;5)利用费米能区最新实验数据研究介质中的核子核子碰撞截面和核子有效质量劈裂对集体流的影响；6)参与输运模型比较研究，细致分析不同输运模型给出不同结果的原因。相关研究的重要结果有：1)考虑相对较弱的pion介子与核子相互作用势可以更好的解释最新的pion介子集体流数据；2) 核子微分散射截面、时间步长对中子、质子椭圆流差，π+/π-产额比等对称能敏感观测量的影响较弱,而对集体流、粒子产额、核阻止本领等观测量影响明显；3)给出核物质不可压缩系数K0=220+/-40MeV，这一结果与利用IQMD模型给出结果相一致;4)利用最新的实验数据和模型计算，给出对称能斜率参数的范围是L=72+/-13MeV；5)发现在费米能区，介质中核子核子碰撞截面被压低大约80%-50%,而且入射能量越小，压低效应约明显。这些研究成果对理解高密核物质性质、核反应动力学过程、输运理论模型等都有重要意义。本项目共完成论文17篇，其中发表在Phys. Lett. B 2篇，Phys. Rev. C 7篇，Sci. China-Phys. Mech. Astron.4篇，Eur. Phys. J. A 1篇。联合培养硕士研究生4名。