利用介子产额及集体流探测高密区对称能密度依赖形式

Based on the relativistic BUU transport theory developed by our group before, in which the sigma, omega, delta, rho, and pion meson exchanges are considered, the key research of this project is to focus on the effects of medium modifications (especially its isospin depdence) on the mean field, production threshold, mass distribution, and production cross sections and so on of the Delta resonance which is the parent particle of the pion meson so as to be essential to its production. We will also carefully calculate the isospin-dependent self-energies and dispersion relations of the pion and kaon mesons in the nuclear medium. Based on these theoretical advances, we will theoretically construct a new microscopic transport version of the UrQMD model with which the isospin-asymmetric heavy-ion-collisions (especially related to many factors when considering transport of pion and kaon mesons) at intermediate energies can be more self-consistently described. Further, based on this model version, we will concentrate on the production of separate isobars of pion and kaon mesons, and constantly explore the effective and sensitive observables for the symmetry energy which are mainly constructed by them. Using these observables to compare with the latest experimental data at home and abroad, the density dependent form of the symmetry energy especially at supranormal densities will be extracted finally. These studies will provide both a more solid theoretical basis and a more self-consistent model basis for understanding the so-called "high-density symmetry-energy puzzle" that appeared before in the community.

本项目将基于我们组之前发展起来的考虑了sigma、omega、delta、rho、以及pion介子交换的相对论RBUU输运理论，重点研究对pion产生至关重要的母核Delta共振态在其平均场、产生阈、质量分布、以及产生截面等方面的介质修正（特别是同位旋依赖的）效应。我们还将仔细计算在核介质中同位旋依赖的pion及K介子的自能及色散关系。基于这些理论进展，我们将构造一个理论上顾及pion及K输运中各环节诸多因素的、更为自洽的描述中能区同位旋不对称的重离子碰撞的UrQMD微观输运版本。基于此模型版本，我们将重点关注不同同位旋态的pion、K等介子的产生并不断探索由它们构造的敏感依赖于对称能的有效观测量。利用这些观测量并和国内外最新实验结果比较后抽取对称能在高密区的密度依赖形式。这些研究将为最终理解之前出现的所谓的“高密对称能谜团”提供更加坚实的理论基础和更为自洽的模型基础。

对称能随密度变化的信息对研究原子核基本性质、核反应过程、乃至中子星等的致密星体的演化等都有重要价值，目前人们对其在饱和密度附近的行为已经有较一致的认识，而对其在高于饱和密度处信息的了解还十分有限，不同约束手段给出的斜率结果仍然有很大差异。中能重离子碰撞中产生的pion和K介子、以及质子及轻带电碎片集体流等是探测高密度对称能的重要手段。但是，利用这些观测量提取对称能信息时必须借助于输运模型。由于目前输运模型对pion和K介子的产生、输运等过程的研究还很不充分，导致利用这些观测量提取对称能信息时也出现模型依赖问题。基于此背景，本项目聚焦中能重离子碰撞中pion介子的产生和输运，以及轻粒子集体流，在优化和完善输运模型的基础上，更可靠地约束对称能的高密行为。经过四年建设，该项目圆满完成了既定目标。具体如下：1）中能区重离子碰撞的输运理论拓展及模型更新问题。本项目聚焦中能区重离子碰撞，对这个能区中出现的核子共振态和其衰变产物介子的产生、吸收、散射截面、阈值、以及相应的平均场势进行了细致的理论研究，并逐步引入到了更新后的UrQMD等模型中。2）中能区重离子碰撞中出现的模型依赖问题。通过深度参与世界范围内输运模型的比较(TMEP)，对UrQMD模型的各个部分进行了细致优化。3）更真实地与实验比较并抽取重要物理信息。在密切与国际、国内相关实验学家的联系和合作基础上提出了探测对称能密度依赖行为的新探针，并结合中子星等相关观测量，更细致和自洽地约束对称能的密度依赖行为。4）拓展使用了机器学习方法研究重离子碰撞。由于所研究的物理问题的复杂性和各种信息的高度非线性关联，在本项目的研究中大胆尝试采用机器学习方法来强化数据分析和物理信息的提取。依托该项目，共已发表相关论文42篇（SCI收录34篇，中科院分区大区二区及以上论文29篇）；获得浙江省自然科学奖二等奖1项；承办会议8次，讲习班1次；期间毕业博士1人、硕士6人，现在读硕博士共7人。基于这些研究工作，发现pion的产生和输运过程对约束1-2倍常密区对称能有着重要影响，在完善模型的基础上给出了最新的对称能和其斜率参数的取值范围。本项目的完成为最终理解更大密度范围内的“对称能谜团”提供了更加坚实的理论、模型、和技术手段的支撑。