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核环境中部分子的多重散射与碎裂函数的修正

张本威  
【摘要】: 迄今为止,人类发现大自然纷繁复杂的物理现象是由四种基本相互作用决定的,即:强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。量子色动力学(QCD)就是描述强相互作用的非阿贝尔规范场理论。它有两个基本的特性:夸克禁闭和渐进自由。渐进自由使高能碰撞中的微扰计算成为可能,而夸克禁闭则表明在一般情况下,夸克被囚禁在强子中,因此,在实验中我们观察不到自由夸克的存在。 不过,量子色动力学预言在高温高密下,强子物质中的夸克会解除禁闭,而形成一种新的物质形态:夸克胶子等离子体(QGP)。实验上研究这种强子—夸克相变最有效的方法就是相对论性重离子碰撞,它通过高能离子碰撞来产生高温高密的极端条件,从而使夸克胶子等离子体的产生成为可能。近二十年来,美国布鲁海汶国家实验室(BNL)的AGS实验以及欧洲核子研究中心(CERN)的SPS实验产生了大量丰富的实验结果,有迹象表明夸克胶子等离子体这一新物质形态的存在。为了找到QGP存在的确切证据以及研究QGP的特性,物理学家努力建造新的具有更高碰撞能量的加速器。2000年,新的相对论重离子对撞机(RHIC)在美国布鲁海汶国家实验室投入运行,其质心碰撞能量约为CERN-SPS实验的10倍,目前的实验数据分析预期QGP已经形成。预计在2007年,大型强子对撞机(LHC)将在欧洲核子中心建成,其能量大约是RHIC的30倍,将产生寿命更长的QGP物质,有助于进一步了解QGP的基本特性。 实验上,为了确定夸克胶子等离子体是否形成,我们需要一些能够区分夸克胶子等离子体相和普通强子相的物理观察量。这些量被称之为QGP形成的信号,例如:J/ψ压低、大横动量直接光子产生、奇异物质增强等等。在BNL-AGS和CERN-SPS上,它们已经得到广泛的研究与讨论。在RHIC和LHC上,一个令人非常感兴趣的特征就是随着碰撞能量的提高,硬过程在碰撞过程中变得很重要。因此,硬探针,特别是喷注淬火(jet quenching)引起了人们的极大关注。喷注 —— 淬火描述的是在相对论性重离于碰撞的早期,由硬散射过程产生的快 速部分于在穿过强作用物质时会因为多重散射而损失能量。快速部分 子的能量损失对它穿过的介质的特性非常敏感。因此,能量损失对末 态粒于谱、非对心碰撞形成的椭圆流以及对心碰撞中形成的单喷注 (monojet)的影响有可能成为QGP形成的信号。 近几年来,人们从Gyulassy和王新年提出的一个考虑多重散射诱导 胶子辐射的QCD模型出发,在理论上进行了很多计算。计算结果表 明,当一个快速部分子喷注穿过热的部分于物质时会通过诱导辐射损 失能量,且其有效能量损失正比于介质中的胶于密度。不过,为了对 喷注淬火有更进一步的理解,我们还应该考虑快速部分于穿过冷的核 介质时的能量损失,并且比较它分别通过热的部分于物质和冷的核物 质时的能量损失的不同之处。为了这一目的,我们必须依赖其它的实 验测量,例如eA深度非弹散射(DIS)过程中产生的快速部分子喷注 穿过冷的核物质时由于多重散射而导致的能量损失。 和量子电动力学(QED)中的情况不同,在量于色动力学(QCD) 中部分子的能量损失是不可能直接测量的,因为部分于并不是实验中 能观察到的木态粒子。传统上喷注是定义在相空阳]的一簇强于,它的 整体能量并不会回为介质诱导辐射而有较大改变,因为根据这种定 义,当多重散射和诱导辐时没有剧烈改变喷注在相空问的能量分布 时,喷注既包括领头的部分于,也包括诱导辐射出来的胶子。不过, 我们可以借助喷注中的粒于分布,测量出于多重散射而导致部分子碎 裂函数D。、hL,/l勺的修小,从而给出部分子的能量损夫,这卒。是产牛 的粒于相对于部分于所占的能量份额。 在深度非弹中产生的夸克是远离质壳的,它的末态辐射将给出依赖 于标度并且满足DGLAP演化方程的碎裂函数。当部分子在核介质中 产生后,它会经历多重散射而诱牙辐时,从而会在DCLAP演化讨二中 增加新的项,这将导致对部分丁碎裂函数以及它所满足的DGLAP演化 方程的介质修iF。在这篇论文ql,我们通过微扰QCD计算eA深度非弹 中多重散射和诱导辐射所导致的碎裂函数的修下,并给出部分f的能 n 一 量损失。 山于QCD的渐近自山特性,微扰计算只有在有大的动量转移的过 程中0是可行的,即微扰计算只能研究短程作用,因此我们需要用因 于化来分离一个物理过程中长程作用和短程作用。其中,短程作用即 硬的部分可以用微扰QCD进行计算,而和长程作用相对应的软的部分 是非微扰的,只能山实验测量来给出,例如部分于的分布函数和碎裂 函数。不过,尽管这些非微扰量不能山(微扰)理论计算椎导出来, 但它们却是普适的,并不依赖具体的物理碰撞过程,而?


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