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《华中师范大学》 2002年
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高能强子-强子与电子-正电子碰撞中的非线性动力学起伏与喷注的非线性性质的研究

陈刚  
【摘要】: 本文首先简要介绍了高能碰撞间歇与分形研究中的一些重要的原理和喷注产生的动力学理论基础,然后系统地报告我们所开展的部分研究工作。 高能强子-强子碰撞多粒子末态的高度各向异性使得时空演化中的分形结构表现为自仿射。本文通过对相空间进行实数分割时的阶乘矩分析,进一步验证了这一理论的正确性,并精确地测出了NA22实验组250GeV/c π~+p K~+p碰撞中的Hurst指数与间歇指数. 另一方面,在e~+e~-对撞所产生的末态粒子阶乘矩的分布中呈现出各向同性,表明时空演化中的分形结构为自相似。我们对L3实验组质心能量91.2GeV的e~+e~-对撞实验数据进行了仔细分析。发现:三维归一化阶乘矩(NFM)的分布呈现出很好的标度特性;阶乘矩在各个方向上的一维投影呈现出彼此十分相似的饱和曲线,且特征参量Hurst指数都接近于1;高维相空间各阶阶乘矩的分布满足Lévy稳定性的要求。这样就精确地验证了在Z~O衰变能量下的e~+e~-对撞末态强子系统是多重自相似分形,并首次用实验测出了相应的分形维数与Lévy指数。 在对实验数据进行研究时,有两个问题需要解决:其一,在实验数据的获取过程中,探测器效应和背景等必然存在,因此,必须适当地采用参数截断的方法加以选择,并且利用蒙特卡洛(MC)模拟对结果予以修正。其二,在计算NFM时,要求所选取的坐标系不依赖于Z~O(γ~*)→q(?)后强子化过程的动力学,因此应选取q(?)方向为纵(主坐标)轴方向,然而在实验数据中无法确定Z~O(γ~*)衰变中q(?)的方向。通常是近似地选取冲度轴为纵(主坐标)轴方向。本文首次采用MC模拟产生的数据,将实验结果从冲度轴修正到q(?)方向,从而消除了因坐标系的选取引起的系统误差,首次精确地测量出了Z~O衰变能量下e~+-e~-对撞末态强子系统的2-5阶间歇指数。 引用NFM理论研究末态粒子系统的动力学起伏时,有几种不同的方法。本文对这些不同的方法作了认真细致的比较研究。发现:在研究e~+e~-对撞的非线性现象时,只有采用绕冲度轴(或球度轴)作转动后的“转动坐标系”,才能消除坐 II/ HH〔1:7)-。工JLN fy4WW;6 标系与发射第一个硬胶子之间的关联效应,从而观察到全部强度的动力学起伏; 证明了:只有在引入累积变量以后,横向矩才等于纵向矩,从而也才等效于几率 矩,困而只有在这时,横向矩才能被使用;论证了:对 eb-对撞末态粒子系统 动力学起伏的研究只能在全相空间进行,而不能用限定的相空间,因而只能采用 丢掉最初的一个或几个点的方法消除动量守恒对相空间标度特性的影响。 高能碰撞多粒子末态的另一个重要现象是存在喷注。采用Durham喷注判定 方法,挑选喷注事件,可以得到不同喷注数的事件子样本。用MC模拟和实验研 究发现:能量为91.ZGeV的e”e-对撞多粒子末态中的2-喷注事件的性质与这一系 统中不同数目喷注事件的平均特性极不相同。2-喷注事件末态粒子系统的各向异 性动力学起伏随着截断参数队毗的改变发生异常变化。存在一个转变点,在这一 点,e\-对撞产生的强子喷注内部的动力学起伏与软强子碰撞的动力学起伏的 行为类似,在横平面呈圆形分布,在渊平面呈椭圆分布。2.喷注事件各向异性 动力学起伏的这一特性,为圆锥形喷注的产生提供了一个标度。这个标度值与实 验中在1730 GeV能区首先发现3-喷注的历史事实一致,因而也就是实验中“可 观测喷注”的标度。通过对2-喷注事件中单喷注内部动力学起伏的进一步研究得 到了类似的结果。 在实验中,喷注的探测是验证部分子模型和探寻胶子存在的最直接方法.研 究喷注的特性对于弄清楚物质的基本结构是十分重要的。本文采用改进了的“角 度法则”从3-喷注事件中挑选出了单胶子喷注与单夸克喷注。所得到的胶子喷注 和夸克喷注的特性与QCD的预言一致,从而检验了角度法则的正确性。研究结果 发现,单胶子喷注与单夸克喷注的动力学起伏性质存在明显的差异。这反映了夸 克和胶子的碎裂过程在动力学上的差别.由此得到了一个产生胶子喷注(或发射硬。 胶子)的标度。该标度与由2-喷注事件的动力学起伏得到的产生“可观测喷注”的 标度一致。
【学位授予单位】:华中师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:O572.21

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