中能重离子碰撞的核修正因子研究取得新进展

高温高密的核物质性质的研究是核物理和核天体领域的重要课题,而核修正因子是实验室研究核物质性质极其重要的探针。在极端相对论能区,核修正因子在高横动量区的压制已成为夸克-胶子等离子体(QGP)新物质形态存在的主要证据之一,而在中能区域,核修正因子如何表现还是一个未知的问题。近期,上海应用物理研究所博士生吕明和合作者在马余刚研究员的指导下首次将核修正因子引入到中能重离子碰撞中并做了深入剖析,这对深入理解中能区(1GeV/A附近)的核物质性质有重要意义,并补充了量子色动力学(QCD)相图在这一区域的信息。相关工作发表在国际著名刊物Physics Letter B上(Phys. Lett. B 733(2014) 105-111)。

所谓核修正因子,指的是发射粒子在中心碰撞和边缘碰撞中同时约化为一对核子碰撞的动量谱的比,如果核-核碰撞是核子-核子碰撞的简单叠加,核修正因子应等于1,所以核修正因子对1的偏离即体现了碰撞中形成的热密核物质的介质效应。核修正因子在美国相对论重离子对撞机(RHIC)和欧洲大型强子对撞机(LHC)能区的实验中做了广泛的研究,其在高横动量区域的压制成为QGP存在的主要论据之一。但是在夸克禁闭的强子区域,其形态特征会发生很大的变化,所反映的内在物理亦有不同,这和反应体系中核子-核子相互作用密切相关。

我们的研究发现,中能区质子的核修正因子随横动量的增加而增强,在高横动量区域并不像高能区受到压制(<1)。这是因为受径向膨胀流的推动和核子-核子多重散射的Cronin 效应作用使得质子被推向更高横动量区,而中能重离子碰撞形成的物质的密度温度还不足够大,因此粒子参过这种物质时其能损还不足够压制高横动量质子的产生。

为了更深入理解核修正因子的特征,我们用冲击波模型提取反应体系的径向流和热力学冻结温度,同时将径向流的作用退耦合去除,只保留随机热运动的影响,发现核修正因子在低横动量区维持在1附近几乎不变,而在高横动量区依然增强,而且不再依赖于不同的碰撞中心度。我们知道属于集体运动的径向流主要对体系中低动量的质子有推动作用,而对那些高动量的也无能为力。所以在去掉径向流的影响后的核修正因子(我们定义为热化的核修正因子)在低横动量区是由不依赖于动量的温度主导而在高横动量区因Cronin 效应呈现增加的趋势。以上结论对我们理解中能核-核碰撞形成的核物质性质具有重要的参考意义。

目前,核修正因子在RHIC能量扫描实验(从每核子几十到几个GeV)中寻找QGP临界相变点也正在扮演着极其重要的作用。(核物理研究室 供稿)

1GeV/A的金-金碰撞的核修正因子在去除径向集体流前后的比较