Содержание 2
ВВЕДЕНИЕ 3
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6
1.1 Пространственно-временная картина адрон - адронных столкновений. 6
1.2 Столкновения тяжелых ионов 9
1.3 Пространственно-временная эволюция системы 11
1.4. Стадия термализации и гидродинамического расширения 12
1.5. Кинетическое вымораживание 14
1.6. Химическое вымораживание 15
1.7. Основные модели описания появления адронов 16
1.6. Эксперимент NA61/SHINE, RHIC STAR и MPD NICA 18
2. Экспериментальная часть 20
2.1 Зависимость бариохимического потенциала и температуры от быстроты 20
2.2 Пособытийное определение термодинамических характеристик 23
Заключение 29
Список литературы 30
Приложение 30
Физика ультрарелятивистских столкновений тяжелых ионов является междисциплинарной областью, которая соединяет физику высоких энергий и элементарных частиц с ядерной физикой. Название "тяжелые ионы" используется для тяжелых атомных ядер, в то время как термин "ультра- релятивистская энергия" означает значения энергии, при которых кинетическая энергия значительно превышает энергию покоя. Обычно, физика частиц высоких энергий имеет дело с одиночными частицами (лептоны, кварки, адроны) и взаимодействиями между ними. С другой стороны, ядерная физика работает с увеличенными, сложными объектами (ядрами) и взаимодействиями, описываемые эффективными моделями.
В экспериментах на таких ускорителях, как SPS (ЦЕРН), LHC, RHIC (Брукхэйвен, США) и вводимом в строй в ближайшее время коллайдере NICA (ОИЯИ, Дубна) получают большое число экспериментальных данных по столкновениям релятивистских тяжелых ионов, необходимых для изучения адронной материи в экстремальных условиях высокой температуры и/или плотности. Полученные данные позволяют осуществить проверки не только теории возмущений квантовой хромодинамики, но и предсказанного в этой теории фазового перехода адроны — кварк-глюонная плазма. Фазовый переход адроны — кварк-глюонная плазма заведомо существовал в ранней Вселенной, поэтому столкновения релятивистских ядер можно рассматривать как модель процессов, происходивших при эволюции Вселенной.
В земных условиях кварки и глюоны заключены в адроны. Однако при повышении температуры (нагрев) и/или увеличении плотности барионов (сжатие) может произойти фазовый переход в состояние, где обычных адронов больше не существует, а кварки и глюоны выходят за пределы нуклона и образуют единый кварковый мешок макроскопических размеров, в объеме которого они могут двигаться почти свободно. Материя, образующаяся в ультрарелятивистском столкновении тяжелых ионов, определенно представляет собой систему взаимодействующих кварков и глюонов. Она намного плотнее, чем та, которая образуется в более элементарных адронных или протонно-ядерных столкновениях. Более того, система, созданная в столкновениях тяжелых ионов, обладает высоким уровнем термализации и демонстрирует сильное коллективное поведение.
Создание большого количества частиц в каждом из столкновений позволяет извлечь термодинамические величины на основе каждого события, а не усреднять их по выборке событий, как это обычно делают. Кроме того, поскольку термодинамическое равновесие в релятивистских столкновениях ядер достигается только локально, то извлекаемые значения температуры (T) и бариохимического потенциала ( цв) могут зависеть от быстроты. Таким образом, такие сложные события, как столкновения релятивистских тяжелых ионов при использовании статистических и термодинамических методов могут описывать гораздо проще, чем нуклон-нуклонные взаимодействия.
Цель работы:
Проверка возможности пособытийного определения термодинамических характеристик системы — температуры T и барионного химического потенциала цви оценка точности величин, полученных в рамках данного метода в сравнении с использованием усредненных значений.
Задачи:
• Изучение программного обеспечения Thermal-FIST, предназначенного для анализа физики в рамках семейства моделей адронного резонансного газа.
• На основе имеющихся экспериментальных данных получение зависимостей бариохимического потенциала и температуры от быстроты (д5= дв(у) и T = T(y)).
• Разработка метода пособытийного определения д, и Т, в серии событий и его применение в анализе монте-карловских данных Thermal-FIST, оценка точности их определения и проверка согласованности с истинными значениями дви T.
Ядро - ядерные взаимодействия предоставляют уникальную возможность исследования ядерного вещества в сильно нагретых и сжатых состояниях. В таких состояниях ядерное вещество меняет свои свойства по сравнению с обычным ядерным веществом: изменяются характеристики адронов, возникают коллективные взаимодействия, проявляется кварк - глюонная структура адронов. Таким образом, релятивистская ядерная физика является лабораторией для проверки современной теории сильных взаимодействий — квантовой хромодинамики.
Интерес к квантовой хромодинамике при конечных температурах и плотностях также связан с космологическими и астрофизическими проблемами. Современные представления об эволюции вещества после Большого Взрыва указывают на то, что ядерное вещество испытывало фазовый переход из кварков (глюонов) в адроны в первые микросекунды. Благодаря экспериментальным возможностям создания сильно сжатой адронной материи в столкновениях релятивистских тяжелых ионов, появилась возможность воспроизвести поведение ядерного вещества после Большого Взрыва в лабораторных условиях.
В данной работе работе было показано, что, несмотря на неизбежные флуктуации, возможно осуществлять отбор событий по температуре и бариохимическому потенциалу. Сравнение среднего значения ц и Т с истинным, заложенным в модель, показывают достаточное согласие. При этом учет распадов резонансов улучшают это согласие. Также было получено поведение бариохимического потенциала и температуры вымораживания с ростом быстроты.
Полученные в ходе пособытийного анализа значения T и цв также совпадают со значениями, полученными в эксперименте STAR.
