相对论重离子碰撞实验中的手征反常和自旋极化的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 申迪宇 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 陈金辉 |
| 关键词 | 相对论重离子碰撞 手征磁效应 手征磁波效应 自旋极化 |
| 英文摘要 | 相对论性重离子碰撞利用了两个被加速到接近光速的原子核之间的对撞,在实验上重现了宇宙大爆炸早期的物质状态。宇宙大爆炸早期的物质形态与现在的宇宙截然不同,它被认为是由自由的夸克和胶子组成,因此该物质形态也被称之为夸克胶子等离子体。对性质的研究不仅可以帮助我们更好的了解宇宙的演化,还可以让我们更加深刻的认识到物质之间相互作用的规律。在自然界中,物质之间的相互作用总体可以分为四种,分别是强相互作用力,弱相互作用力,电磁相互作用力和万有引力,而夸克胶子等离子体由于夸克之间的解耦合成为了研究强相互作用的理想载体。在强相互作用中,在理论上并没有要求它的对称性守恒,然而在实验上却从未发现强相互作用中的对称性破缺。另一方面,我们的宇宙正物质却多于反物质,这与强相互作用的对称性紧密相关。本文的第一部分工作是研究强相互作中的局域对称性破缺,也即手征磁效应。虽然手征磁效应的提出已经有许多年,但至今依然未被实验验证。在实验上测量手征磁效应的主要困难在于无法很好的区分手征磁效应的信号和背景,从而无法证明或证伪这个命题。本文使用的方法是基于粒子动量平衡的平衡函数。由于手征磁效应造成的对称性破缺会体现在末态粒子的动量分布上,所以可以基于手征磁效应对粒子动量的修正构造一种平衡函数,使用该函数作为探针来进行实验测量。由于局域破坏而造成的手征奇异性,在外磁场的作用下会使得末态粒子关于反应平面形成一个电偶极矩,因此在实验上观测的主要手段就是利用正负电荷粒子方位角展开的第一阶正弦系数的差异。本文使用的方法是首次从粒子的动量平衡方向上出发,并不直接的依赖于方位角展开的第一阶系数,并且将该方法用在了美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机采集的质心系能量为金金核对撞的数据中。同时,由于实验上的测量方法众多,有些方法是利用平均值,比如,有些方法是利用的逐事件涨落,比如关联法,还有本文基于动量平衡的测量方法。由于这些不同的测量方法之间一直存在难以互相比较的问题,本文通过仔细的研究将这些不同的方法之间建立了内在的联系,为统一实验上来自不同的实验组之间的测量结果提供了便利。本文的第二部分工作是对手征磁波效应的研究。手征磁波来自于手征磁效应和手征分离效应的相互耦合。类似电磁波中的电场和磁场之间相互激发不断传播,手征磁效应会带来手征分离效应,手征分离效应又会引起手征磁效应。手征磁波会造成末态粒子的方位角分布存在四极矩结构,同时由于系统的扩张使得在靠近反应平面的粒子受到更大的压力,从而引起正负电荷的粒子方位角展开的第二阶余弦系数出现差异。粒子方位角展开的第二阶余弦系数也被称之为椭圆流,实验上通过测量不同电荷粒子间椭圆流的差异对事件的电荷不对称系数的依赖来分析手征磁波。本文的工作在于指出实验上事件的电荷不对称系数受到探测器接受度的影响很大,并同时发展了一个新的测量方法,该方法不再依赖于电荷不对称系数。本文提出的新观测方法基于手征磁波效应的逐事件涨落特性,该涨落不同于统计上的涨落,它来自于两种不同类型的电四极矩的涨落,这就使得不同电荷的椭圆流之间的差异的涨落除了来自于统计涨落之外还包含了来自于手征磁效应的贡献。同时本文还使用了电荷完全打乱的事件作为对照组,若是能观察到原事件的分布宽度与对照组之间的差异就可以作为手征磁波效应的证据。本文的第三部分工作来自于对相对论重离子碰撞中的整体极化的研究。在半中心的相对论重离子碰撞中,核子所携带的角动量将转移到碰撞所产生的夸克胶子等离子体上,从而使得系统拥有了整体的轨道角动量,方向垂直于反应平面。有理论研究指出,这个轨道角动量可能会通过自旋轨道耦合的方式使夸克极化,并在强子化之后还可能使矢量介子极化。对自旋极化的研究可以使我们更深刻理解夸克胶子等离子的演化过程,对的一些性质比如粘滞系数等提供信息。实验上对自旋极化的测量也进行了很多年,目前的主要困惑在于观测到的介子自旋极化和介子自旋极化信号不同。本文的工作指出由于末态粒子间的散射过程会导致两种介子的自旋极化信号出现差异,为解释实验信号提供了一种新思路。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33869]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 申迪宇. 相对论重离子碰撞实验中的手征反常和自旋极化的研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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