相对论重离子碰撞中确定QCD相边界的若干问题

分类： 物理学 >> 核物理学 提交时间： 2023-06-12 合作期刊: 《核技术》

吴元芳 李笑冰 陈丽珠 李治明 许明梅 潘雪 张凡 张雁华 钟昱明

摘要： 为了从相对论重离子碰撞实验确定量子色动力学（Quantum Chromo-dynamics，QCD）所预言的相变临界点和相边界，必须考虑实验数据中非临界涨落、有限系统尺度、有限演化时间的影响。本文综述了这三方面工作的主要内容、结果和意义。对于非临界涨落，主要讨论了由于有限事件数对观察量测量的影响，估计了在相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy-Ion Collider，RHIC）能量扫描区，精确测量高阶守恒荷高阶矩所需要的事件数。提出用泊松分布描述有限末态粒子数所致的统计涨落，将统计涨落和实验结果比较，发现统计涨落贡献为主，必须扣除泊松主导的统计涨落。提出混合事件方法，定义动力学累积矩为原始样本的累积矩减去混合样本的累积矩，利用多相输运模型（A Multiphase Transport Model，AMPT）的default模型重建了一个与之相对应的混合事件样本，结果表明：动力学累积矩确实能很好地扣除泊松样的统计涨落，尤其是中心度bin宽度和探测器 效率的影响。对于有限系统尺度的影响，利用三维三态Potts模型研究了各种有限系统尺度下，它的磁化强度的高阶感应率在一级相变、临界点，以及平滑过渡区域的行为。发现在固定外场，穿越相边界的时候，从二阶到六阶磁化率都会出现非单调行为，或符号的变化，而且在三个相变区域，非单调行为类似。因此，仅从非单调行为不能区分不同级数的相变。进一步研究了磁化率的有限尺度标度行为，它们的标度指数在不同级数相变中是不一样的，可以区分不同级数的相变。根据观测量的有限尺度标度性，给出了用固定点确定临界参数的定量方法，并将该方法应用到三维三态Potts模型模拟产生的数据分析，展示了方法的精确有效性。对于非平衡演化的影响，采用Metropolis算法模拟了三维Ising模型在临界点附近从非平衡到平衡的演化过程。发现其序参量在演变过程中以指数形式趋近其平衡值，这与动力学朗之万方程给出的结果相同。临界温度下的平均弛豫时间随 系统尺度的z次幂发散，表明它能很好地表示动力学方程中的弛豫时间。非平衡演化过程中序参量的三阶矩和四阶矩会出现正、负值震荡，符号取决于观测时间，结果与平滑过渡区动力学模型一致。研究还发现，在平滑过渡区，非平衡演化持续时间非常短，非平衡对观察量的影响非常弱；但是在一级相变线上，非平衡弛豫的时间非常长，非平衡豫影响不可忽略。这些定性特征对实验确定QCD的临界点和相边界具有重要的指导意义。

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