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夸克在冷核物质中的能量损失

宋丽华  
【摘要】:高能碰撞过程中的夸克的能量损失效应日益引起核物理学家和粒子物理学家的广泛关注。来自于RHIC和LHC的关于喷射淬火的大量实验数据清楚地反映了在原子核—原子核的高能碰撞过程中快夸克穿过高热高密的核物质时的能量损失效应。然而,对于在高热高密核物质中夸克能量损失效应的理解需要深刻地洞悉快夸克在冷核物质中的传播过程。高能粒子束与原子核碰撞的Drell-Yan过程以及轻子-原子核的半举深度非弹性散射过程分别为研究入射夸克和出射夸克的能量损失效应提供了理想的环境。 我们借助核Drell-Yan过程,对入射夸克在冷核物质中的能量损失效应进行了系统的分析。我们采用了三种不同参数形式的夸克能量损失表达式和四套典型的束缚核子的部分子分布函数,对以夸克动量分数为变量的核Drell-Yan过程中的微分截面比进行了领头阶的唯象分析。得到的结论如下: 我们发现采用HKN07,nDS,EPS09三套束缚核子的部分子分布函数,通过对相关的实验数据进行整体分析所获得的入射夸克的能量损失值均比利用HKM束缚核子的部分子分布函数进行计算所抽取出的夸克能量损失值小。这是因为HKM束缚核子的部分子分布函数中关于海夸克分布的核修正与其它三套存在明显的不同。HKN07,nDS,EPS09束缚核子的部分子分布函数的核修正包含了核Drell-Yan过程的实验数据,而HKM在抽取核修正的参数时没有包括。 在我们的分析中,采用线性的夸克能量损失表达方式(△x1=αLA/En)和平方型的能量损失表达方式(△x1=βLA2/Eh)所得到的计算结果无明显差别,即现有的关于核Drell-Yan过程中微分截面比的实验数据不能区分夸克的能量损失是与A1/3成正比还是与A2/3成正比。 我们发现来自于低能量入射粒子束的现有的实验数据排除了入射夸克的动量分数的能量损失表达方式(△x1=kx1A1/3)。 通过对选定的所有的核Drell-Yan过程实验数据进行整体分析,并且借助于仅用拟合现有的有关核结构函数的实验数据所获得的HKM部分子分布函数,我们得到入射夸克单位长度的能量损失为dE/dL=1.21±0.09GeV/fm。 我们借助于轻子-原子核的半举深度非弹性散射过程,研究了冷核物质中出射夸克的能量损失效应。利用短的强子形成时间的表达式,通过将强子的形成时间与原子核的大小进行比较,我们从HERMES和EMC实验数据中分别选出了强子化过程发生在原子核外的实验数据。对于强子在原子核外形成的情况,我们仅用夸克在核物质中传播时由于多重散射和辐射胶子所造成的夸克的能量损失效应来修正真空中的碎裂函数,在领头阶计算了强子的多重数比,并将所得到的理论结果与强子化过程发生在原子核外的HERMES和EMC实验数据进行了比较。结果表明在半举深度非弹性过程中没有部分子分布函数的核效应。 我们发现当强子在原子核外形成时,考虑夸克能量损失效应修正后的碎裂函数所得到的理论结果与实验数据符合很好。 我们采用线性的能量损失表达式与采用平方型的能量损失表达形式所得到的理论结果都支持强子多重数比压低的现象。因此,强子的多重数比仍不能决定夸克能量损失与传播路径的一次方成正比还是与传播路径的二次方成正比。对所选实验数据进行χ2分析的结果指出出射夸克的单位长度的能量损失dE/dL=0.38±0.03GeV/fm。通过与研究核Drell-Yan过程时所获得的入射夸克的单位长度的能量损失值进行比较,我们发现出射夸克与入射夸克能量损失的关系并不支持出射夸克的能量损失值是入射夸克能量损失值的三倍即:(dE/dL)out=3(dE/dL)in的理论预言。 进一步地研究了轻子-原子核半举深度非弹性散射强子产生的靶原子核质量数的依赖性。我们采用HERMES实验组所谓的强子多重数比的二维实验数据,通过对强子的形成时间与原子核大小的比较,选出了强子在原子核外形成的实验数据。发现当强子在原子核外产生时,多重数比的压低(1-RA/Dπ)无论从理论上还是实验上都近似的与A2/3成正比。 另外,我们借助于既包括能量损失又包括核吸收的理论模型,计算了领头阶的π介子产生的多重数比,并且将所得的理论结果与利用强子的形成时间所挑选出的强子在原子核内形成的二维HERMES实验数据进行比较。发现当强子在原子核内形成时,随着虚光子能量v增大,夸克的能量损失效应对于多重数比RA/Dπ的压低贡献越大;而随着强子的能量分数z变小,夸克的能量损失效应对于多重数比RA/Dπ的压低贡献越小。而核吸收效应的情况与此相反。当强子在原子核内产生的时,核吸收效应是导致强子产量降低的主要核效应。并且在理论上多重数比的压低与A1/3成正比。


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