影响重离子反应中对称能实验观测量的几个因素

Exploring isospin-dependent nuclear matter equation of state is one of the hot problem in nuclear physics. The equation of state of asymmetric nuclear matter, particularly the density-denpendent symmetry energy is essentially important for understanding not only the dynamics of heavy-ion reaction and structure of exotic nuclei in nuclear physics, but also the explosion mechanism of supernova and the cooling of protoneutron stars in asytrophysics. In this study, we shall employ the heavy-ion reaction model, i.e., the Isospin dependent Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck model (IBUU), to study the influences of three factors including the neutron skin size, induced electric field in heavy-ion reaction and second-order symmetry potential of nuclear effective interactions on determining nuclear symmetry energy. We shall find the experimental observable of nuclear symmetry energy which has the minimum or no effects of neutron skin thickness, and point out clearly the effects of induced electric field in heavy-ion reaction and second-order symmetry potential on these observables, and finally further determine the density dependent symmetry energy in theory. It is predicted that this study will provide guidance and instruction for incoming measuring experiment about symmetry energy on HIRFL-CSR in Lanzhou.

探测同位旋依赖的核物质状态方程是核物理研究的热点问题之一。不对称核物质的状态方程，尤其是密度依赖的对称能不仅对于理解重离子反应的动力学演化和奇特核的结构等核物理问题有着重要的意义，而且对于超新星的爆炸机制及前中子星冷却等核天体问题的研究有着至关重要的意义。项目拟通过重离子反应模型，即同位旋依赖（Isospin dependent）的Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck模型（IBUU），来研究中子皮厚度、重离子反应中的感应电场以及核相互作用中的二阶对称势对于确定核物质对称能的影响，找出具有最小（或无）中子皮厚度影响的对称能观测量，并且清晰地指出重离子反应中感应电场和二阶对称势对这些观测量的影响，从而在理论上进一步确定对称能的密度依赖形式。预计项目的研究结果对兰州重离子加速器冷却存储环（HIRFL-CSR）等大型设备上将要开展的对称能测量实验具有参考价值和指导意义。

探测同位旋依赖的核物质状态方程，尤其是密度依赖的核物质对称能，是当前核物理研究前沿的热点问题之一。该项目主要围绕核物质对称能问题开展相关的理论研究。截至目前，课题的计划研究内容已基本完成，部分研究成果还在整理之中。通过该项目的研究，我们取得了以下代表性研究成果：（1）基于实验上给出的208Pb中子皮厚度的不确定性范围，系统研究了208Pb作为初始碰撞核的中子皮厚度的不确定性对核物质对称能敏感观测量的影响，尤其是对pi-/pi+这一敏感于对称能的实验观测量的影响，这一研究结果表明实验上利用pion介子探测对称能时，依据碰撞参数标准选择反应事件尤为重要。（2）研究了碰撞208Pb核中子皮厚度对重离子反应中椭圆流及横流的影响，提出并证实了通过组合中子和质子的椭圆流及横流来消除初始碰撞核中子皮厚度不确定性影响这一可行方法，为实验上探测对称能提供了敏感且干净的观测量。（3）基于实验上关于208Pb核中子皮厚度仍存在较大的不确定性这一问题本身，提出并证实了利用中子-质子轫致辐射的光子来探测中子皮厚度的可行性，并为实验上基于这一方法探测中子皮厚度提供了切实可行的方案。（4）研究了重离子碰撞中带电粒子产生的变化磁场激发的感应电场对pi-/pi+这一敏感于对称能的观测量的影响，并为实验上探测感应电场提供了相应的方案。（5）初步研究了重离子碰撞中带电粒子间相互作用的电场的相对论延迟效应，证实了束流能量为400MeV/nucleon时电场的相对论延迟效应对pi-/pi+的影响可达约8%这一不可忽略的级别，这一研究结果明确显示了基于延迟场计算带电粒子间的电场力的重要性。以上这些研究结果对实验上研究非对称核物质状态方程尤其是其对称能项具有重要的指导意义，同时为研究中子星结构等核天体问题提供了重要的参考。截止目前，课题组基于以上研究已在国际主流期刊正式公开发表相关的科研论文5篇，其余2篇科研论文目前正处于审稿状态；同时课题还不同程度的资助了1位硕士研究生的科研论文、2位年轻科研工作者的科研工作及3位本科生的毕业论文工作。