高能重离子碰撞中夸克偶素态与喷注淬火效应的研究

The ultimate goal of the studies in high energy physics is to understand the fundamental structures and interactions of matter. One of the most important tasks is to explore a new form of matter, the so-called quark gluon plasma, which is very likely to be created in high energy heavy ion collisions. This research project will focus on the studies of the basic properties of quark gluon plasma. It includes: 1. In-medium behavior of quarkonium states. We will look into the role of the anisotropies of parton distributions in momentum space and study the properties (binding energy, decay width and dissociation temperture,etc.) of quarkonium states in such an anisotropic quark gluon plasma. 2. Jet-quenching in high energy heavy ion collisions. The effect of the radiative energy loss on the parton distribution functions in Drell-Yan processes and the photon transverse momentum dependence of the Drell-Yan spectrum are the main problems we are going to investigate. 3. Lattice quantum chromodynamics based effective model for deconfinement. We will try to develop the current matrix model for an improved agreement with the lattice simulation data and also for a precise predictions on new physical quantities that associated with the deconfining phase transition.

理解物质基本结构以及物质间的基本相互作用是高能物理研究的主要目标，其中的一项重要工作是探讨在高能重离子碰撞中可能形成的一种新的物质形态，即夸克胶子等离子体。 该项目的核心内容将围绕讨论夸克胶子等离子体的基本性质而展开，主要包括：1、夸克胶子等离子体中夸克偶素态物理行为的研究，着重是考察部分子在动量空间分布的各向异性对夸克偶素态的束缚能、湮灭宽度以及离解温度等物理量的影响；2、高能重离子碰撞中喷注淬火效应的研究，关注的焦点是Drell-Yan过程中辐射能量损失对部分子分布函数的影响以及谱函数对光子横动量的依赖； 3、基于格点量子色动力学的模拟结果，通过对现有矩阵模型的改进，寻求一个能够更加准确描述退禁闭相变的有效模型，并在此基础上预言相变过程中的有关物理参量。

本项目主要研究目标是探讨高能重离子碰撞中形成的夸克胶子等离子体的状态方程及其相关的物理性质。项目具体包含以下三个方面的内容：1、在前期工作的基础上，改进了退禁闭相变的矩阵模型，解决了在相变点附近，现有模型对于相变潜热、相互作用能等重要物理量无法准确描述的问题。 在整个非微扰区间内，改进的矩阵模型对于纯规范理论热动力学量的描述均能很好的符合格点量子色动力学的模拟结果。此外，进一步研究了背景场中有效势能的两圈微扰修正，解析的证明了高阶微扰贡献与领头阶结果之间存在一个简单的、不依赖于背景场的正比关系。该结论不仅适用于SU(N)群，对于其他经典群，包括G(2)群，仍然成立。2、对于夸克胶子等离子体中夸克偶素态物理行为的研究，着重是考察了有限化学势以及部分子在动量空间分布的各向异性对夸克偶素态物理性质的影响。研究表明，有限化学势的出现，将改变束缚态的束缚能以及湮灭宽度。 在一定条件下，这一变化可由各向异性分布引起的相反效应完全抵消；同时，基于当前关于重夸克势能虚部的格点量子色动力学计算结果，提出了一个关于重夸克势能虚部的唯像模型。在通常关注的温度区间内，该模型能很好的描述格点模拟的结果，这有望为准确计算夸克偶素态的湮灭宽度提供基本的条件。 3、对于喷注淬火效应的研究，在微扰量子色动力学的共线因子化框架下，讨论了高能核子-重核碰撞中的Drell-Yan过程。胶子-夸克双重散射以及由此引起的胶子辐射对于双轻子谱的贡献可以通过定义核修正的入射夸克分布函数来表示。 数值计算了由于能量损失引起的核压低因子，结果表明在较低入射能量的情况下，能量损失是引起核压低的主要因素。其次，对于夸克-夸克双重散射过程，利用对相关费曼图的计算结果，得到了核修正的入射正（反）夸克分布函数，进而分析了末态强子谱对于夸克味道的依赖关系。