RHIC到LHC能区重离子碰撞中大横动量区域各向异性的研究

A central goal of high-energy heavy-ion collider physics is to understand the properties of strongly -coupled Quark Gluon Plasma(sQGP), formed at the Relativistic Heavy Ion Collider(RHIC). An important tool for this goal is jet quenching or the suppression of high transverse momentum (pT) hadron yields as a result of in-medium energy loss of high pT jets. Such suppression was firmly demonstrated in many measurements of RHIC experiment. However one of challenges to the pQCD description of jet quenching come from the measurement of high-pT azimuthal anisotropy for particles emitted relative to the reaction plane in heavy-ion collision at RHIC and LHC. This discrepancy implies that the current pQCD models need further tuning. Thus in this proposal, we will use NLO PQCD parton model, further study the influences of several points, including formation time of sQGP medium, the fluctuation of initial state, the nolinear dependence of energy loss on the energy density at Tc and the high-power dependence of energy loss on path length. These studies can provide us a new insight on jet-medium interaction and a better constrain on jet quenching theory in high energy heavy-ion collisions.

高能重离子碰撞物理研究的中心目的之一就是理解碰撞形成的强耦合夸克胶子等离子体（sQGP）介质的属性。其中一个重要现象就是大横动量喷注在介质中损失能量而导致的喷注淬火或者强子产额的压低现象，这种压低已经在RHIC实验的多项测量得到证实。然而RHIC和LHC实验大横动量区域产生粒子的方位角各向异性的测量却对喷注淬火的微扰QCD（PQCD）描述提出了挑战。理论计算与实验数据的矛盾暗示着当前的PQCD模型需要进一步调整。因此在本项目中，我们将利用次领头阶（NLO）PQCD部分子模型，深入研究QGP介质的形成时间、介质初态涨落效应、在临界温度Tc附近能量损失对能量密度的非线性依赖以及能量损失对路径长度的更高次方依赖等因素对大横动量各向异性产生的影响。这些研究将有助于我们理解喷注和流介质之间相互作用的一些新特征和规律，为高能重离子碰撞中喷注淬火理论提供更严格的限制。

在本项目中，我们主要利用次领头阶（NLO）PQCD部分子模型，研究QGP介质的形成时间、介质初态涨落效应以及在临界温度Tc附近能量损失对能量密度的非线性依赖等因素对大横动量各向异性产生的影响。另外，我们也研究了PQCD模型中，相对论重离子碰撞RHIC及LHC能区大横动量区域\eta介子的产生，以及\eta/\pi比值的特征，并对结果进行分析。这些研究将有助于我们理解喷注和流介质之间相互作用的一些新特征和规律，为高能重离子碰撞中喷注淬火理论提供更严格的限制。与此同时，介于项目组所在单位在材料物理方面的优势以及此方向近年来也有很多热点问题，项目组又开展了对二维材料物理的理论研究，我们研究了单层MoS2材料中的谷劈裂，以及二维铁磁半导体材料CrSiTe 3和CrGeTe3磁耦合的应变调控机制。我们发现：. 1）更大的介质形成时间\tau_0=1.8fm会导致大横动量区域内v2有一定幅度的提高，另外，介质初态涨落的影响，会造成大横动量v2大概有10-20%的提高。 　. 2）考虑临界温度Tc附近能量损失对能量密度的非线性依赖效应所计算得到的结果与预期值存在差异。我们初步断定，大横动量区域粒子方位角各向异性与能量损失对能量密度的非线性依赖效应无关。. 3）在大横动量时，无论\eta还是\pi的产额都是由quark 碎裂占主导，且对于横动量和z有很弱的依赖，因此导致在大横动量区域，在Au+Au和p+p 中\eta/\pi比值与e+e-散射时的值重叠，达到统一值0.5左右。 我们也分析了横动量较小情况时的\eta/\pi比值特征。. 4）我们研究发现过渡金属磁性原子吸附在MoS2表面上造成了较强的交换场，引起了超过20 meV的谷劈裂。另外，我们也发现可以通过调控磁化方向来控制谷劈裂的程度，显示出谷劈裂的磁可控性，为发展自旋和谷电子学器件提供了重要的理论基础。. 5）我们研究了二维铁磁半导体材料CrSiTe3和CrGeTe3磁耦合的应变调控机制。发现这种应变可控性源于弹性应变下磁性原子之间直接反铁磁交换相互作用和间接铁磁交换相互作用之间的竞争效应，并发现应变可提高居里温度。此研究工作为寻找高温铁磁半导体材料提供了一种途径。. 基于上述研究内容我们基本完成了项目的预期指标，部分理论成果已经发表SCI论文5篇，项目资助培养硕士生1名。