宋慧超及合作者在LHC 能區p-Pb碰撞小系統QGP信號研究方向取得重要...

2021-01-09 北京大學新聞網

夸克膠子等離子體（QGP）是強相互作用物質的解禁閉相，它曾經存在於早期的宇宙，也有可能存在於中子星內部。高能核核碰撞可以在瞬間產生QGP所需要的極端條件，揭示高溫高密下強相互作用物質的相變和性質，並幫助人們近一步認識宇宙極早期的演化。在傳統的相對論重離子碰撞中（例如200 A GeV的Au-Au碰撞），強耦合的夸克膠子等離子體QGP已經產生並被發現，其存在的三個重要的證據為：強的集體流，橢圓流的價夸克標度律和噴注淬火效應。

RHIC和LHC能區p-Pb、p-p等碰撞小系統是當前高能核核碰撞的一個重要前沿領域，其QGP信號的尋找和確認可以幫助人們了解和認識自然界在費米尺度下可能存在的最小流體及其集體運動的機制。然而，由於較小的系統尺度，與QGP形成相關的噴注淬火信號尚未在p-Pb等碰撞小系統中被直接觀測到。另一方面，在低橫動量區所測量到的小系統各向異性流的形成機制也尚在探討中。

基於這個現狀，北京大學物理學院理論物理研究所宋慧超副教授與學生及合作者一起建立了「流體-重組合-碎裂」混合模型，並用它著重研究了LHC能區p-Pb碰撞小系統在中等橫動量區橢圓流的價夸克標度率。在重組合機制的框架下，他們首次定量地解釋了最近CMS、ATLAS和ALICE大型國際合作組在中等橫動量區所觀測到的v2準價夸克標度率，發現低橫動量區部分子的集體流及重組合對該標度率起到了關鍵的作用。此外，他們還發現相變附近隨溫度變化的組分夸克質量對定量描述中等橫動量區可分辨粒子的產額很重要。這項工作強烈地暗示了高多重數質子-鉛核碰撞小系統已出現了部分子自由度，並很可能已產生了QGP。

（左圖）CMS、ATLAS和ALICE等大型國際合作組在5.02 TeV p-Pb碰撞小系統  高多重數事件中觀測到的橢圓流準價夸克標度率；（中間圖）流體-重組合-碎裂模型的計算結果與實驗結果比較；（右圖）流體-弦碎裂模型的計算結果與實驗結果比較。

這項工作最近發表於《物理評論快報》【Phys.Rev. Lett.125, 072301 （2020）】。北京大學物理學院理論物理研究所的博士生趙文彬為該論文的第一作者，宋慧超為通訊作者，其它的合作者有北京大學物理學院理論物理研究所劉玉鑫教授、華中師範大學秦廣友教授和德州農工大學Che Ming Ko教授。該工作得到了國家自然科學基金、北京大學高性能計算平臺、SCAAS超算中心等支持。

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