RHIC能量扫描下鉴别粒子椭圆流的实验研究

寻找并研究新的物质形态夸克胶子等离子体(QGP)是相对论重离子加速器RHIC的主要物理目标。理论研究表明，相对论重离子碰撞中产生的粒子相对于反应平面的方位角各向异性参数椭圆流依赖于碰撞过程中组分之间相互作用的机制与强弱，因此椭圆流可以提供早期重离子碰撞中压力梯度，有效自由度，热化以及碰撞早期新物质形态状态方程的信息。 RHIC实验最重要的结果之一金金200 GeV碰撞中鉴别粒子的椭圆流组分夸克标度性表明部分子层次集体运动的形成。本项目旨在利用RHIC-STAR组采集的5至39 GeV能量扫描的数据，研究联合利用时间投影室和新安装的中美合作研制的时间飞行谱仪鉴别粒子的方法以及此能量区间的椭圆流的测量，进而对重离子碰撞中鉴别粒子椭圆流的组分夸克标度性相对于碰撞能量的依赖性进行系统分析，探索重离子碰撞中形成的系统从强子相到夸克相的相变性质。

本项目利用 2010-2011年RHIC- STAR 组采集的 7.7至 62.4 GeV能量扫描计划的相对论重离子碰撞的实验数据，完成了带电粒子和鉴别粒子（pi介子，K介子，phi介子，质子，Lambda重子，Cascade重子和Omega重子）的椭圆流的测量。我们的测量结果显示：1）从较低能量的重离子碰撞（7.7 GeV）到目前LHC实验最高能量的重离子碰撞（2760 GeV），椭圆流相对于横动量的函数呈较弱的碰撞能量依赖性（变化在30%左右）。2）在碰撞能量小于39 GeV时，正反粒子的椭圆流呈现出显著的差异，这种差异导致在较高能量中（大于等于39 GeV）观察到的组分夸克标度性被破坏。3）在碰撞能量小于19.6 GeV时，观察到了phi介子椭圆流低于其它鉴别粒子的迹象。这些结果表明，在能量大于等于39 GeV的重离子碰撞中，部分子层次的相互作用占主导地位，在能量小于39 GeV的重离子碰撞中，强子层次的相互作用占主导地位。这对我们探索量子色动力学相图提供了重要的实验观测。项目组研究成员将这些研究成果分别在重要国际学术会议Strangeness at Quark Matter, Critical Point and Onset of Deconfinement 和 Quark matter报告，引起了领域内专家的广泛关注。相应的实验结果已经被整理成科研论文发表在Phys. Rev. Lett, Phys. Rev. C和Nuclear Physics A上。自2013年正式发表以来，累计引用次数已经超过一百次。利用项目支持，项目组成员还开展了RHIC能区椭圆流相关的唯相研究，相关结果整理发表在J. Phy. G和Chinese Physics Letter上。