低SIS能區(qū)重離子碰撞中的非平衡動力學(xué)研究課件

1、同位旋效應(yīng)對直接流消失的影響李慶峰 合作者：沈彩萬，郭琛琛，王永佳，李祝霞，J. Lukasik，W. Trautmann 主要內(nèi)容取自：PHYSICAL REVIEW C 83, 044617 (2011); SCIENCE CHINA Physics 55 252 (2012); SCIENCE CHINA Physics 即將投稿。第1頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-2主要內(nèi)容動機模型簡介及相關(guān)改進集體流、流消失現(xiàn)象及研究現(xiàn)狀動力學(xué)過程對集體流和核阻止的影響INDRA能區(qū)直接流激發(fā)函數(shù)的理論描述流消失現(xiàn)象對對稱能密度依賴程度的探測流消失的同位旋

2、效應(yīng)依賴的多系統(tǒng)研究小結(jié)及展望第2頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-3主要動機希望擴展我們的輸運模型UrQMD至低SIS能區(qū)，從而在一個最大的能量范圍內(nèi)（從SIS到LHC）研究核反應(yīng)的動力學(xué)性質(zhì)及所存在的可能的相變情況；在低SIS能區(qū)，最近對一些觀測量-如集體流和核阻止效應(yīng)的-的激發(fā)函數(shù)的實驗數(shù)據(jù)和初步理論研究的比較表明，現(xiàn)在的理論解釋還存在較大的不自洽性，需要進一步完善。INDRA和MSU兩實驗組對SIS能區(qū)的直接流消失能量的測定有差別。INDRA實驗給出的流消失能量是出射粒子種類依賴的。第3頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討

3、會 （蘭州）QF-4 模型簡介UrQMD= Ultra-relativistic Quantum Molecular Dynamics 極端相對論量子分子動力學(xué)模型，是一個研究較大能量區(qū)域、較多反應(yīng)系統(tǒng)的微觀非平衡動力學(xué)模型；新粒子產(chǎn)生通過兩種方式獲得：共振態(tài)衰變和弦成塊（模擬新相的運動學(xué)）粒子的相互作用考慮了平均場和兩體碰撞；具體更新情況（cascade模式的）請見/雖然叫極端相對論量子分子動力學(xué)模型，但是，在低能端，為了簡化問題，其繼承了QMD對平均場的處理方式（而不是RQMD的協(xié)變動力學(xué)處理方式），因此，在低能端，UrQMD除了一些技術(shù)上的特殊處理外，所涵蓋的物理內(nèi)容和QMD完全相同。第

4、4頁，共45頁。我們利用UrQMD對LHC能區(qū)軟物理研究的最新成果研究由HBT兩介子關(guān)聯(lián)所抽取的火球時空信息在LHC能區(qū)的的集體行為、膨脹行為和標度行為，具體請見：PHYSICAL REVIEW C 85, 034908 (2012)PHYSICAL REVIEW C 85, 044901 (2012)J. Phys. G 39 (2012) 0651012022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-5第5頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-6UrQMD用于低能運算的模型改進勢修正部分： 平均場勢 or Skyrme勢（王永佳同學(xué)將給出一

5、些初步計算）碰撞項部分： Pauli-blocking阻塞的再處理； 兩體碰撞截面的介質(zhì)修正的仔細考慮。這些處理成立的前提：初始核合理的束縛能及方均根半徑在一個時間段（150 fm/c）內(nèi)的相對穩(wěn)定。第6頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-7UrQMD中現(xiàn)在已經(jīng)采用的平均場勢項除了通常的動能項以外，UrQMD內(nèi)現(xiàn)已考慮的勢項：已具備：新加入：介子庫侖勢部分也考慮了。JPG31_1359(2005); 32_151(2006); 36_015111(2009)第7頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-8Pauli-bl

6、ocking阻塞的再處理默認版本的UrQMD中為了加快運算速度，使用了一個等效的擬合公式用于PB阻止：但是，此公式在低能區(qū)被證明不夠準確：這會允許過多的碰撞發(fā)生。第8頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-9PB阻止 續(xù)因此，我們采用了傳統(tǒng)的處理PB的方式，即滿足如下兩條件的某次碰撞的同類粒子就可以發(fā)生碰撞：PB：UU：自旋兼并因子兩粒子相空間分布函數(shù)隨機數(shù)碰撞阻塞因子時時滿足第9頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-10兩體碰撞截面的介質(zhì)修正核子-核子兩體彈性散射截面的密度、動量修正是眾所周知的，許多理論組都對此作較為

7、詳細的研究，如：PRC69_017601(2004)我們最早研究了質(zhì)量劈裂效應(yīng)在截面中的影響PRC62_014606(2000)我們最早研究了截面密度修正中的同位旋依賴性。RBUU第10頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-11截面介質(zhì)修正在輸運模型中的實現(xiàn)暫不考慮非彈部分：JPG32_407(2006)第11頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-12反應(yīng)系統(tǒng)、末態(tài)處理、觀測量在INDRA能區(qū)，廣泛選擇不同的碰撞系統(tǒng)（見結(jié)果部分）及碰撞參數(shù),事件停止時間150 fm/c，每一計算用10萬以上事件分析以保證統(tǒng)計的可靠性。

8、反應(yīng)停止后，采用相空間判斷的Coalescence模型的相空間判斷，P0和R0參數(shù)分別為0.2 GeV/c和2.8 fm.集體流：核阻止參數(shù)vartl：第12頁，共45頁。集體流v1的產(chǎn)生及時間演化舉例2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-13第13頁，共45頁。流消失現(xiàn)象2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-14第14頁，共45頁。流消失成因：吸引與排斥2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-15碰撞前后碰撞時第15頁，共45頁。MSU和INDRA的實驗2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-16PR

9、C, 61, 021602（R）（2000）PRC, 65, 044604 （2002）INDRA： 更好的反應(yīng)平面確定，更好的粒子分辨第16頁，共45頁。流消失觀測量2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-17directed transverse momentumwith px ( i) being the transverse momentum of the ith particle and where yc.m. (i) is the associated rapidity of the ith particle. In transverse momentum,

10、all rapidity bins are taken into account.“In several experiments, it was shown that the balance energy Ebal is nearly independent of the nature of theparticle. The balance energy is nearly the same for nucleons, light, and heavy fragments.“一個典型例子：PHYSICAL REVIEW C 58 3494 （1998）第17頁，共45頁。MSU實驗-流消失的初

11、始核同位旋依賴2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-18PRC78， 1022 （1997）第18頁，共45頁。INDRA實驗-流消失的粒子種類依賴性2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-19Eur. Phys. J. A 30, 31 (2006)第19頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-20改變初始化、勢修正、碰撞項后的14個UrQMD測試版本P-B: Pauli-blockingEoS：狀態(tài)方程Fu：截面密度依賴因子Fp：截面動量修正因子Ini.:初始化方式H-S：硬球模式W-S：Woods-Saxo

12、n整體而言，UrQMD中的HS模式比WS模式模擬的核要小一點點（2.5%）第20頁，共45頁。反應(yīng)系統(tǒng)的密度時間演化圖2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-21第21頁，共45頁。反應(yīng)系統(tǒng)的同位旋不對稱度的時間演化圖2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-22第22頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-23Pauli-Blocking效應(yīng)對觀測量的影響第23頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-24集體現(xiàn)象的產(chǎn)生原因分析 I:初始化、平均場、碰撞項無碰撞無勢修正無庫侖、對稱

13、勢HSWS第24頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-25集體現(xiàn)象的產(chǎn)生原因分析 II:平均場和截面的動量依賴效應(yīng)UrQMD-ISMFP2UrQMD-IISMFP1UrQMD-VIIISMNo pNN limitUrQMD-IXSFP1*均為FU1第25頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-26核阻止此反應(yīng)條件下實驗值：0.800.03第26頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-27自洽性檢驗如上對不同入射能量下碰撞的集體流和核阻止觀測量的研究表明：UrQMD中不同貢獻項對它們的影

14、響順序是相同的，它們之間具有高度的結(jié)果自洽性。因此，接下來的研究中我們將只選定其中一個觀測量用于和實驗值的比較。（注意：實驗結(jié)果的自洽性檢驗也是十分重要的）第27頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-28截面中的密度修正和動量修正效應(yīng)密度壓低效應(yīng)增強無碰撞項動量恢復(fù)效應(yīng)增強兩邊修正均無動量依賴兩邊修正均無動量依賴第28頁，共45頁。2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-29直接流在INDRA能區(qū)的激發(fā)函數(shù)轉(zhuǎn)變能低能核反應(yīng)更細致考慮INDRA 和 FOPI實驗結(jié)果有不同第29頁，共45頁。下面關(guān)注一個次級量：對稱能2022/8/520

15、12超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-3018 setsFrom B. Alex Brown, PRL 85, 5296 (2000)第30頁，共45頁。放射性束流設(shè)備現(xiàn)狀Q.Li for APCTP in Pohang31 Cooling Storage Ring (CSR) Facility at HIRFL/Lanzhou in China (2008) up to 500 MeV/A for 238U /zhuye/en/htm/247.htm Beijing Radioactive Ion Facility (BRIF-II) at CIAE in China (2012) /

16、Radioactive Ion Beam Factory (RIBF) at RIKEN in Japan (2007) http:/www.riken.jp/engn/index.html Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR)/GSI in Germany (2016) up to 2 GeV/A for 132Sn (NUSTAR - NUclear STructure, Astrophysics and Reactions ) http:/www.gsi.de/fair/index_e.html SPIRAL2/GANIL in

17、France (2013) http:/pro.ganil-spiral2.eu/spiral2 Selective Production of Exotic Species (SPES)/INFN in Italy (2015) http:/web.infn.it/spes Facility for Rare Isotope Beams (FRIB)/MSU in USA (2018) up to 400(200) MeV/A for 132Sn /The Korean Rare Isotope Accelerator (KoRIA) (2016?) up to 250 MeV/A for

18、132Sn第31頁，共45頁。Q.Li for APCTP in Pohang32理論上研究IEOS的方法列表 Microscopic Many-Body Approaches Non-relativistic Brueckner-Bethe-Goldstone (BBG) Theory Relativistic Dirac-Brueckner-Hartree-Fock (DBHF) approach Self-Consistent Greens Function (SCGF) Theory Variational Many-Body (VMB) approach Greens Functio

19、n Monte Carlo Calculation Vlowk + Renormalization Group Effective Field Theory Density Functional Theory (DFT) Chiral Perturbation Theory (ChPT) QCD-based theory Phenomenological Approaches Relativistic mean-field (RMF) theory Quark Meson Coupling (QMC) Model Relativistic Hartree-Fock (RHF) Non-rela

20、tivistic Hartree-Fock (Skyrme-Hartree-Fock) Thomas-Fermi (TF) approximations Self-consistent Relativistic Boltzmann Uehling-Uhlenbeck (SC-RBUU)The nuclear EOS cannot be measured experimentally, its determination thus depends on theoretical approaches 第32頁，共45頁。Q.Li for APCTP in Pohang33Transport Mod

21、els for HICs at intermediate energies:N-body approachesCMD, QMD,BQMD,IQMD,IDQMD,ImQMD,LQMD,AMD,FMDUrQMDOne-body approachesBUU/VUU, BNV, LV, IBL Relativistic covariant approachesRVUU/RBUU,RQMDTransport ModelsCentral collisionsNi + Au, E/A = 45 MeV/A現(xiàn)存可以研究狀態(tài)方程的輸運模型列表第33頁，共45頁。Q.Li for APCTP in Pohang3

22、4探測Esym()的敏感觀測量(不完整列表!) Pigmy/Giant resonances Nucleon optical potential第34頁，共45頁。我們使用的對稱能2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-35第35頁，共45頁。平衡能的獲得2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-36擬合：擬合：線性第36頁，共45頁。不同出射粒子流梯度的對稱能依賴2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-37中子流測量變得極有意義，S394/GSI 計劃在中子測量上有精度突破。第37頁，共45頁。平衡能的反應(yīng)系統(tǒng)質(zhì)量依賴2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-38-1/3 與已有實驗數(shù)據(jù)相吻合。第38頁，共45頁。平衡能的反應(yīng)系統(tǒng)依賴2022/8/52012超重核合成與性質(zhì)研討會 （蘭州）QF-391，中子平衡能；2，同位素鏈結(jié)果；3，質(zhì)量增加，平衡能下降; 增加，平衡能上升。4，質(zhì)子平衡能同位旋效應(yīng)小。第39頁，共45頁。平