Кореляції тотожних частинок у високоенергетичних ядро-ядерних зіткненнях - Автореферат

На цей час на прискорювачах SPS CERN (Женева) і RHIC BNL (Брукхевен) проводяться експерименти по зіткненням ультра-релятивістських важких іонів. Метою роботи є детальне дослідження кінцевої стадії колективної еволюції ґадронної матерії (фріз-ауту), розробка формалізму адекватного фізиці процесу і на цій базі винайдення відповідної параметризації, яка дасть можливість знайти спостережувані величини і відтворити основні риси еволюції матерії та наявність фазових переходів у ядро-ядерних зіткненнях. Основна мета дисертаційної роботи полягає у дослідженні еволюції надгустої матерії, яка виникає у процесах А А зіткнень на базі детального аналізу спостережуваних спектрів частинок та кореляційних функцій тотожних піонів у гідродинамічних моделях з неперервним по часу випромінюванням частинок. Створити компютерну програму, що дозволяє числовими методами розраховувати спектри та кореляційні функції тотожних частинок для різних класів просторово-часових гіперповерхонь кінцевої стадії гідродинамічної еволюції (фріз-ауту) та різних можливих гідродинамічно-мотивованих параметризацій цих поверхонь. На основі цього сценарію запропоновано новий клас параметризацій кінцевої стадії гідродинамічної еволюції, які дають можливість комплексно описати численні експериментальні дані по спектрам та кореляціям для найвищих енергій на RHIC, відтворити основні риси еволюції матерії та наявність фазового переходу в А А зіткненнях.Тому формальні розвязки гідродинамічних рівнянь перестають відповідати фізиці процесу еволюції і останній замінюється на вільний розліт частинок з гіперповерхні так званого фріз-ауту, де імпульсні спектри частинок "заморожуються" на просторово-часовій границі застосовності гідродинаміки. Показано, що хоча процес звільнення частинок, не є миттєвим і неперервне у часі випромінювання має бути описане функцією емісії , яка, взагалі, дуже складна, спостережувані спектри можуть також наближено виражатися за допомогою приписання Ландау / Купера-Фрая на просторово-часовій границі області застосовності гідродинаміки. Розглянуті і досліджені в дисертації різні варіанти замикання гіперповерхні фріз-ауту з негативною кореляцією випромінювання, які втілювались у вигляді різних модифікацій гаусівської функції та розподілу Фермі, принципово не дозволяють описувати поведінку інтерферометричних радіусів, а також спектрів. В той же час, було знайдено, що гіперповерхні з позитивною кореляцією можуть бути використані для успішного опису експериментальних даних. Аналіз відношень кількості різних частинок, а також їх спектрів, вказує на те, що фріз-аут відбувається у дві стадії: спочатку відбувається хімічний фріз-аут, при якому фіксуються повні числа частинок, при температурі 150-170 МЕВ, а після цього, при температурі 100-120 МЕВ - кінетичний фріз-аут, який визначає імпульсні спектри.Показано, що універсальна температура фріз-ауту Ландау відповідає нижній межі застосування гідродинаміки, і є приблизно однаковою у різних зіткненнях. Показано, що існує дуальність в описі спектрів між методом миттєвого фріз-ауту, або (узагальненим) приписанням Ландау / Купера-Фрая, який використовує функцію розподілу , та детальною картиною процесу звільнення частинок, заснованого на функції емісії . Досліджена кінцева стадія еволюції надгустої матерії, яка виникає у процесах А А зіткнень, на базі детального аналізу спостережуваних спектрів частинок та кореляційних функцій тотожних піонів у гідродинамічних моделях з неперервним по часу випромінюванням частинок. Підгонка до експериментальних даних, які включають майже усі спектральні та кореляційні характеристики ґадронів за допомогою кількох параметрів дає змогу реконструювати у деталях просторово-часову структуру ґадронних систем, сформованих у зіткненнях важких іонів високих енергій на RHIC, на кінцевій стадії гідродинамічної еволюції. Зіставлення результатів цих розрахунків з експериментальними даними STAR та PHENIX колаборацій з поточних експериментів на RHIC показало, що впродовж еволюції системи розвиваються поперечні потоки і вже на стадії термалізації партонів вони сягають величини .

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Основні результати проведених досліджень, що представлені у дисертації, можна сформулювати наступним чином: 1. Показано, що універсальна температура фріз-ауту Ландау відповідає нижній межі застосування гідродинаміки, і є приблизно однаковою у різних зіткненнях. Обґрунтовано використання для опису спектрів частинок у А А зіткненнях (узагальненого) приписання Ландау / Купера-Фрая. Показано, що існує дуальність в описі спектрів між методом миттєвого фріз-ауту, або (узагальненим) приписанням Ландау / Купера-Фрая, який використовує функцію розподілу , та детальною картиною процесу звільнення частинок, заснованого на функції емісії . Заміна складного процесу емісії простим критерієм Ландау миттєвого фріз-ауту при ГЕВ є, звичайно, досить грубим наближенням. Проте, як і закони збереження енергії-імпульсу, особливості майже ізоентропійної еволюції із збереженням хімічного складу, так і деякі особливості симетрії пізньої стадії гідро-еволюції, мінімізують відповідну розбіжність.

2. Досліджена кінцева стадія еволюції надгустої матерії, яка виникає у процесах А А зіткнень, на базі детального аналізу спостережуваних спектрів частинок та кореляційних функцій тотожних піонів у гідродинамічних моделях з неперервним по часу випромінюванням частинок. Проведено розрахунки ґадронних спектрів і піонних інтерферометричних радіусів у рамках створеного гідродинамічного підходу з неперервним по часу випромінюванням частинок.

3. Підгонка до експериментальних даних, які включають майже усі спектральні та кореляційні характеристики ґадронів за допомогою кількох параметрів дає змогу реконструювати у деталях просторово-часову структуру ґадронних систем, сформованих у зіткненнях важких іонів високих енергій на RHIC, на кінцевій стадії гідродинамічної еволюції. Зіставлення результатів цих розрахунків з експериментальними даними STAR та PHENIX колаборацій з поточних експериментів на RHIC показало, що впродовж еволюції системи розвиваються поперечні потоки і вже на стадії термалізації партонів вони сягають величини . Було досліджено час процесу випромінювання з одного боку по повздовжньому корелятору та, з іншого боку, по поперечному випромінюванню з поверхні системи, яка несе інформацію про еволюцію системи. Отримана розрахункова величина цього параметра, яка відповідає часу еволюції системи, співпадає з величиною, яка знайдена шляхом підгонки до експериментальних даних по повздовжньому радіусу і яка вказує на досить короткий час еволюції системи t ~ 10-12 фм/с.

4. Найбільш суттєвий загальний результат полягає в тому, що замикання просторово-часової гіперповерхні випромінювання ґадронів дає можливість описувати і спектри і HBT радіуси з невеликим гідродинамічно мотивованим набором параметрів. При цьому, завдяки позитивній кореляції між часовою та просторовою координатою бокової поверхні, вдається досягнути співвідношення поперечних радіусів близьким до одиниці, як в експерименті, що частково розяснює HBT парадокс на RHIC. Збіг параметра температури поверхневого випромінювання з температурою фазового переходу свідчить про можливе існування кварк-глюонної плазми на ранніх стадіях еволюції системи, яка утворилась в результаті зіткнення важких іонів з ультра-релятивістськими енергіями.

5. Проаналізовано вклад резонансів у формування спектрів поперечного імпульсу та інтерферометричного обєму термалізованих піонів в А А зіткненнях у рамках гідродинамічної еволюції з незмінним хімічним складом, що включає розпади резонансів на кінцевій стадії гідродинамічної еволюції. Було знайдено, що резонансні розпади можуть суттєво збільшувати піонний інтероферометричний обєм, в області малих поперечних імпульсів (до 0.3 ГЕВ/с), і в той же час дуже мало впливати на нахили піонних спектрів в області поперечних імпульсів до 1 ГЕВ. Зазначено також, що в рамках такої моделі резонансні вклади зменшують відношення між поперечними інтерферометричними радіусами.

6. У подальшому планується в рамках нового гідро-кінетичного підходу до A A зіткнень, який обєднає переваги гідродинамічного наближення і кінетичного підходу, розвинути більш загальну інтерпретацію інтерферометричних спостережуваних величин у зіткненнях важких іонів та впровадити відповідні нові концепції та методи кореляційної фемтоскопії до поточних на RHIC BNL та майбутніх LHC CERN експериментів.

1. S.V. Akkelin, M.S. Borysova, Y.M. Sinyukov, Sudden freeze-out vs. continuous emission: duality in hydrokinetic approach to A A collisions // Heavy Ion Physics, Acta. Phys. Hung.-2005.-A 22/1-2.-P.165-170, ARXIV: nucl-th/0403079.

2. Sergiy V. Akkelin, Maryna S. Borysova, Yuri M. Sinyukov, Resonances and observables in relativistic heavy ion collisions // Bulletin of the University of Kiev, Series: Physics & Mathematics.-2004.-4.-P. 402-411.

3. S.V. Akkelin, M.S. Borysova, Y.M. Sinyukov, Influence of resonances on pion spectra and interferometry volume in relativistic heavy ion collisions // Nukleonika.-2004.-Vol.49.-Suppl. 2.-P. s115-s118.

4. S.V. Akkelin, M.S. Borisova, Y.M. Sinyukov, Resonance decays in hydrodynamic approach to relativistic nuclear collisions // Bulletin of the University of Dnepropetrovsk, Series: Physics & Radioelectronics.-2004. - 11.-P. 90-94.

5. M.S. Borysova, Yu.M. Sinyukov, S.V. Akkelin, B. Erazmus and Iu.A. Karpenko, Hydrodynamic source with continuous emission in Au Au at GEV // Phys. Rev. -2006. - C 73.-P. 024903 - 8, точна електронна копія: ARXIV: nucl-th/0507057.

6. M.S. Borysova, Yu.M. Sinyukov, Spectra and correlations in hydrodynamics approach with continuous emission for RHIC energies // Bulletin of the University of Kiev, Series: Physics & Mathematics.-2006.-1.-P. 411-422.