基于CGC理论研究pp碰撞中两胶子关联三维图特征

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在粒子物理的标准模型中,夸克和胶子称为带有“颜色”的部分子,共同组成核子,量子色动力学(Quantum Chromodynamic,QCD)则是描述它们之间相互作用的规范理论。电子-质子(ep)深度非弹散射(DIS)实验研究表明:核子内部的部分子密度会随着能量的增加(Bjorken x的减小)而发生改变,特别是胶子的密度会随着能量的增加而迅速增加,然而在有限的相空间内胶子的合并效应又会阻止胶子密度的增加,最终胶子数目会达到饱和。这种胶子在单位相空间中表现为短时有序,长时无序而形成的全新的物质形态,我们称其为色玻璃凝聚态(Color Glass Condensate-CGC),描述这种物态的理论称为CGC有效场论(effective field theory-EFT)。色玻璃凝聚理论(Color Glass Condensate,CGC)是一个基于QCD的有效理论,主要描述了在高能极限下胶子饱和区域内的部分子之间的相互作用。它可以对高能碰撞初态粒子的单举、双举产生以及粒子间的关联等做统一的描述,与当前相应的某些实验结果一致符合,并且理论自身仍在不断发展。相对论重离子对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider-RHIC)和大型强子对撞机(Larger Hardon Collider-LHC)测量的pp,pA和AA两粒子关联的实验结果发现,在方位角的near-side(△φ=0)和away-side(△φ=π)的长程快度区域出现“Ridge”结构,这种长程关联是来自于高能碰撞末态流的效应还是初态的CGC效应?这方面的研究将对我们理解高能碰撞中粒子的产生机制和相关动力学机制有重大意义。在CGC EFT中,小x物理过程中的胶子饱和所导致的非线性效应,CGC EFT可以一致性描述。(大x处为色源胶子,小x处为规范场Aμ,规范场Aμ通过求解经典Yang-Mills 方程得到,在大Nc近似下,规范场Aμ 随着能量或者x的演化遵从 rcBK 方程。)在我们之前的研究中已经揭示了 Ridge现象形成的原因,而且通过相关文献已发现:在方位角方向上:Glasma graph 在near-side(△φ=0)和away-side(△φ=π)处贡献相同的大小,而BFKL graph只在away-side(△x=π)处有贡献,它们整体的贡献在方位角方向上的特征和实验结果符合的很好。本论文基于CGC EFT框架下,主要研究了glasma graph贡献下的两胶子方位角关联和两粒子关联的三维图特征,主要包含以下几个方面:首先,我们介绍了CGC EFT框架下两胶子关联计算框架和两胶子长程快度关联的研究结果,接着我们研究了方位角关联与横动量,快度的依赖关系,结果显示:在两胶子关联中,横动量的选取与碰撞核的饱和度Qs相关。当两胶子的横动量大小p(?)~|QsA+QsB|=1.8 GeV/c时对应的关联强度最大,且研究方位角关联时我们发现当至少有一个胶子处于小x区域,横动量的选取在p(?)~2Qsp=1.8 GeV/c并且选择更精细的横动量分bin时,在△φ=0和π之间还出现了bump、double peaks、shoulders等结构(后面我们称为精细结构),这些结构与碰撞核的非积分胶子分布函数直接相关。其次,我们研究了两胶子关联的三维图的特征。前面我们分别介绍了两胶子长程快度关联和方位角关联,但这些分析只是单独的从快度、方位角方向上的介绍它们各自的特征。现在我们将进一步介绍两胶子关联在△y、△φ1的三维分布情况,首先,在CGC有效理论框架下,我们先引入两胶子关联三维分布的算法。为了保证计算的正确,同时也是为了验证,我们计算的结果将与前面介绍的结果以及相关的实验结果进行比较。通过这些系统的比较,我们将说明那些结果是CGC理论是可以描述、解释的,那些结果暂时还不能解释,进一步地说明CGC理论的一致性与正确性。
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