научная статья по теме СПЕКТРЫ КАОНОВ И ПИОНОВ В РЕЛЯТИВИСТСКИХ И УЛЬТРАРЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДРО-ЯДЕРНЫХ СТОЛКНОВЕНИЯХ Физика

Текст научной статьи на тему «СПЕКТРЫ КАОНОВ И ПИОНОВ В РЕЛЯТИВИСТСКИХ И УЛЬТРАРЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДРО-ЯДЕРНЫХ СТОЛКНОВЕНИЯХ»

ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 6, с. 908-911

УДК 539.17

СПЕКТРЫ КАОНОВ И ПИОНОВ В РЕЛЯТИВИСТСКИХ И УЛЬТРАРЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДРО-ЯДЕРНЫХ СТОЛКНОВЕНИЯХ

© 2007 г. А. Т. Дьяченко1, О. В. Ложкин2

E-mail: dyachenko_a@mail.ru

Рассмотрено формирование спектров каонов и пионов в релятивистской гидродинамической модели взаимодействия тяжелых ядер. В уравнение состояния гидродинамической модели включены члены, описывающие образование кварков и глюонов. Это позволило рассмотреть ядро-ядерные столкновения от 4 до 160 ГэВ/нуклон и воспроизвести рост температуры образующихся каонов, который пока не воспроизводится в UrQMD-модели и в других микроскопических подходах.

ВВЕДЕНИЕ

Образование кварк-глюонной плазмы в столкновениях ядер может происходить не только при энергиях RHIC (релятивистский коллайдер тяжелых ионов) ~200 ГэВ/нуклон, но и при более низких энергиях. В [1] указано, что начиная с энергий 4 ГэВ/нуклон в столкновениях Аи + Аи экспериментальная температура каонного спектра почти вдвое превышает температуру, вычисленную по модели UrQMD (ультрарелятивистская квантовая молекулярная динамика) и другим микроскопическим подходам. Это может быть интерпретировано как начало фазового перехода к кварк-глюон-ной плазме, уже начиная с энергий 4 ГэВ/нуклон, который не воспроизводится в UrQMD-модели. В гидродинамическом подходе [2, 3] в отличие от UrQMD-модели и других микроскопических подходов можно в уравнение состояния включить члены, описывающие образование кварков и глюонов и тем самым рассмотреть фазовый переход к кварк-глюонной плазме.

Нами была сделана попытка объяснить экспериментальные данные по спектрам каонов без привлечения образования кварков и глюонов, т.е. в рамках адронной гидродинамики [2]. Здесь мы проводим включение в рассмотрение кварков и глюонов, что позволяет рассматривать область энергий ядро-ядерных столкновений от релятивистских до ультрарелятивистских энергий.

При более низких энергиях 1-2 ГэВ/нуклон в нашем подходе удается учесть и перенормировку массы каонов [3]. Здесь эти эффекты мы не рассматриваем.

1 Петербургский государственный университет путей сообщения.

2Радиевый институт им. В.Г. Хлопина, Санкт-Петербург.

1. МОДЕЛЬ ДЛЯ РАСЧЕТОВ

Необходимое условие для применимости гидродинамического описания:

^ < Ь, (1)

где Хм - длина свободного пробега нуклонов в ядерной материи, Ь - характерный масштаб системы. Условие (1) неплохо выполняется для достаточно тяжелых ядер, если в качестве Ь взять диаметр ядра и равна 2-3 фм при энергиях нуклона ~ 1 ГэВ.

Мы рассматриваем двухфазную систему частиц, состоящую из п-мезонов, и-, ^-кварков (антикварков) и глюонов. Термодинамическими переменными в системе являются температура Т, бари-онный химический потенциал ц и объем V. Разность энергий в основном состоянии кварк-глюонной плазмы и адронного газа определим путем введения феноменологической константы В, численное значение которой известно в модели кварковых мешков.

При высоких температурах ожидается образование кварк-глюонной плазмы (КГП) [4]. Давление КГП определяется суммой релятивистского глюонного бозе-газа и кваркового ферми-газа 2

р = 90 §вт4-в. (2)

Отрицательное вакуумное давление учтено параметром В, а величина

£е = 2 • 8 + 8 • 2 • 2 • 2 • 3 = 37 (3)

учитывает спиновые и цветовые состояния глюонов, кварков и антикварков. Плотность энергии в фазе кварк-глюонной плазмы

2

е = Пл + В • (4)

Сравнение адронных масс с массами, рассчитанными в модели мешков, дает для постоянной В ~ 0.17 ГэВ • фм3. После быстрого охлаждения короткоживущая КГП претерпевает киральный фазовый переход, немедленно приводящий к адро-низации вещества.

Ковариантные уравнения выражают сохранение потоков плотности барионного числа, импульса и энергии в дифференциальной форме для соответствующего уравнения состояния (УС) [5, 6]. Для адронной фазы УС [5-8] дает зависимость давления Р и плотности энергии от плотности р, представляет собой сумму кинетических членов и членов взаимодействия.

В качестве членов взаимодействия мы выбираем взаимодействие типа Скирма. Параметры взаимодействия определяются из условий, чтобы холодное ядерное вещество имело равновесное состояние при р = р0 = 0.17 фм-3 с энергией связи £ = = 16 МэВ и модулем сжатия К = 200 МэВ. Метод решения этих проблем описан в [5-9].

Инвариантное дифференциальное сечение реакции А + В ^ М+X с испусканием мезонов может быть представлено в виде:

Е^Ц = ^ | ¡сИ| Сгу( Е - рьсо* 0) Qf. (5)

Здесь f - функция распределения испускаемых

мезонов

f(Е, р, *) = g^ехр

(у ( Е - рисоъ 0 - ц ) ) Т

- 1

(6)

g = 1, ц - химический потенциал, Q - фактор поглощения, I - параметр удара, у = (1 - и2)-1/2 - лоренц-фактор. Для странных частиц необходимо учитывать ассоциативный характер процесса их рождения и заменить функцию распределения f на условную функцию распределения /* [10]:

у* = у£8(5 + 5,- )р5* р*

(7)

где р* - критическая плотность замораживания, при которой происходит формирование каонов, 5* - странность образующейся сопутствующей частицы, суммирование предполагается по всем каналам образования странной частицы.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ

Для сопоставления с экспериментальными данными нужно применять не само выражение (5), а полученное на его основе распределение сСЫ/тСтСу.

2

2

Здесь т = ^т0 + р± - "поперечная масса", р± - импульс в поперечном к линии удара направлении, т0 - вакуумная масса мезона, у - быстрота.

d NKmdmdy), ГэВ-2 10*

103 102 101 100 10-1 10-2 10-3

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

т - т0, ГэВ

Рис. 1. Сравнение вычисленных (сплошные линии) и экспериментальных спектров п+-мезонов (квадраты) и К+-мезонов (кружки), образующихся в реакции Аи + + Аи при энергии 4 ГэВ/нуклон в зависимости от "поперечной" массы в интервале быстрот 0.05.

d NKmdmdy), ГэВ-2 104

103

102

101

10й

0.2

0.4

0.6

0.8 1.0

т - т0, ГэВ

Рис. 2. Сравнение вычисленных (сплошные линии) и экспериментальных спектров п--мезонов (квадраты) и К+-мезонов (кружки), образующихся в реакции РЬ + + РЬ при энергии 30 ГэВ/нуклон в зависимости от "поперечной" массы в интервале быстрот 0.07.

0

910

ДЬЯЧЕНКО, ЛОЖКИН

d N/(mdmdy), ГэВ2

Рис. 3. Сравнение вычисленных (сплошные линии) и экспериментальных спектров я--мезонов (квадраты) и К+-мезонов (кружки), образующихся в реакции РЬ + РЬ при энергии 160 ГэВ/нуклон в зависимости от "поперечной" массы в интервале быстрот 0.05.

Рис. 4. Ход вычисленной (сплошная линия) температуры К+-мезонов (1), "эффективной" температуры К+-ме-зонов по UrQMD-модели (2), и экспериментальных наклонов спектров К+-мезонов, найденных в зависимости от релятивистского инварианта 51/2 в реакциях Аи + Аи/РЬ + РЬ.

Мы рассчитали спектры пионов и каонов для реакций Аи + Аи и РЬ + РЬ в зависимости от энергии столкновений в диапазоне от 4 до 160 ГэВ на нуклон и сопоставили их с экспериментальными данными [11].

Как упоминалось, расчеты по ИгОМБ-модели и другим микроскопическим моделям не совпадают с имеющимися экспериментальными данными. "Температура", вычисленная по ИгОМБ-модели, почти вдвое меньше экспериментальной.

На рис. 1-3 приведены результаты расчетов спектров в зависимости от "поперечной" массы пионов и каонов в рамках данной модели.

На спектры каонов (и антикаонов) существенное влияние оказывает коллективное движение, поскольку они имеют большую массу, чем пионы, что приводит к "ужесточению" спектра. Эффективный наклон спектра каонов оказывается больше, чем для пионного спектра.

На рис. 1 рассмотрены спектры в реакции Аи + + Аи при энергии 4 ГэВ/нуклон с образованием п+-и К+-мезонов в интервале быстрот 0.05 в поперечном направлении. Расчетные спектры согласуются с экспериментальными. Следует отметить, что вычисленный спектр каонов "жестче" пионного спектра.

На рис. 2 сравниваются вычисленные в данной модели (сплошные линии) и экспериментальные спектры п-мезонов (квадратики), К+-мезонов

(кружки) в реакции РЬ + РЬ при энергии 30 ГэВ/нуклон в интервале быстрот 0.07 в поперечном направлении. Видно, что "жесткость" ка-онного спектра увеличивается с возрастанием энергии столкновения по сравнению с пионным спектром.

На рис. 3 сравниваются вычисленные в данной модели (сплошные линии) и экспериментальные спектры п-мезонов (квадраты), К+-мезонов (кружки) при энергии 160 ГэВ/нуклон в интервале быстрот 0.05 в поперечном направлении. Как видно, в сравнении с предыдущими рисунками "жесткость" каонного спектра возрастает и является наибольшей.

На рис. 4 приведены зависимость температуры, вычисленной в данной модели (кривая 1), рассчитанной по ИгОМБ-модели (кривая 2), эффективной температуры спектра каонов с учетом коллективного движения среды, а также экспериментальной температуры в зависимости от релятивистского инварианта 51/2. Видно, что ход температуры по двухфазной модели согласуется с расчетом по иГоМБ-модели. Эффективная "температура" за счет коллективного движения оказывается почти вдвое больше и совпадает с имеющимися экспериментальными данными.

Таким образом, проявление неадронных степеней свободы в столкновениях тяжелых ядер может начинаться с энергий 4 ГэВ/нуклон. Исходная тем-

пература с учетом кварк-глюонной фазы согласуется с расчетами по UrQMD-модели. Эффективная температура, обусловленная коллективным гидродинамическим потоком, также согласуется с имеющимися экспериментальными данными.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Bratkovskaya EL, Soff S., Stöcker H. // Phys. Rev. Lett.

2004. V. 92. 032302.

2. Дьяченко АЛ, Ложкин O.B. // Изв. РАН. Сер. физ.

2002. Т. 66. № 5. С. 711; 2006. Т. 70. № 5. С. 726.

3. D'yachenko A.T., Lozhkin O.V. // Physica Scripta. 2003.

V. 104. P. 91.

4. Емельянов В.М, Тимошенко СЛ., Стриханов М.Н. Введение в релятивистскую ядерную физику. М.: Физматлит, 2004. С. 183.

5. Amsden AA. et al. // Phys. Rev. С. 1977. V. 15. P. 2059.

6. Stocker H, Greiner W. // Phys. Rev. 1986. V. 137. P. 277.

7. Мишустин И.Н, Русских ВН., Сатаров Л.М. // ЯФ. 1991. Т. 54. С. 429.

8. D'yachenko A.T. // J. Phys. G. 2000. V. 26. P. 861.

9. Myers W.A. // Nucl. Phys. 1978. V. 296. P. 177.

10. Гудима K.K, Тонеев В.Д. // ЯФ. 1985. Т. 42. № 3(9). С. 645.

11. NA

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком