重离子碰撞中阈能附近pion介子产生的核介质效应

Understanding the properties of nuclear matter under high baryon density is the frontier subject in the present nuclear physics research. Pions produced near the threshold energy in heavy ion collisions at incident energies from 100 to 400 MeV per nucleon are one of the best tools for extracting the information of the symmetry energy. Pions produced near the threshold energy are mainly from the decay of Delta resonances. Their production dynamics is affected by the nuclear in-medium effects. In this project, we will propose and introduce the new and isospin-dependent Delta-nucleon and pion-nucleon interaction potentials, and then consider the threshold effects of pion production. The role of the nuclear in-medium effects in pion production dynamics and extracting the information of the symmetry energy at high density by using the charged pion ratio will be investigated. Combining with the available and forthcoming experimental data of pion production, we will give the relationship between the symmetry energy and the baryon density.

理解高重子密度下核物质相图信息是当前核物理研究的前沿课题。中高能重离子碰撞(入射能量为100--400 MeV/核子)中阈能附近pion介子产生是探针高密对称能性质的最好手段之一。阈能附近pion介子主要是由Delta共振态衰变而来，其产生动力学受到核介质效应的影响。本项目将引入Delta共振态和pion介子与核子的相互作用势并考虑其同位旋相关性和产生截面的阈能修正，研究重离子碰撞中核介质效应在pion介子产生动力学和荷电pion介子比值提取高密对称能性质的影响。结合国内外大科学装置实验数据或即将进行的pion介子实验，我们将给出高密区域对称能随密度的变化关系。

核物质对称能的确定不仅在核物理中有着重要的意义，而且在核天体中也具有非常重要的意义。在过去的三十年间，人们已经采用了大量的理论模型和实验数据来确定密度相关的对称能。在低于饱和密度区域，对称能随着核子密度增加而增加，且具体的数值也已得到较好的限定。但在高于饱和密度区域，甚至连对称能随着密度增加还是减少的趋势都不能确定。人们采用了大量的探针来确定高密区域的对称能的行为，在这些探针中，Pion介子是最具争议的一个。通过与实验数据的比较，有的模型得出对称能随着核子密度是先增加后减少的结论，而有的模型得出对称能是随着核子密度单调增加的。.本项目基于以上背景，采用输运模型对Pion介子的介质效应开展研究。首先在同位旋相关的量子分子动力学模型中引入同位旋相关的Delta共振态与核子相互作用势，以及同位旋相关的Pion介子核子的相互作用势，从而可以讨论Pion介子的核介质效应。.利用同位旋相关的量子分子动力学模型模拟了入射能量为每核子1.5 GeV下金金碰撞中产生的Pion介子核子势对Pion介子动力学的影响。通过计算Pion介子快度分布、直接流和椭圆流等观测量，发现这些观测量都对Pion势敏感，但Pion介子的多重度以及它的极角分布则对Pion势不敏感。通过与Pion介子直接流和椭圆流的快度分布的实验数据比较，发现实验数据支持较强的Pion介子核子势。本项目研究结果的科学意义在于确定了Pion介子与核子相互作用的势。这对利用Pion介子探针确定核物质对称能有着重要意义，使得人们对Pion介子产物机制有了更进一步的认识。