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相对论重离子碰撞的目标之一是为了找到一种新的物质形态—夸克胶子等离子体(QGP)。这是一种解除了禁闭的夸克和胶子系统,具有一系列新的性质。QGP的热力学性质和输运性质及QCP相与强子相之间的相变特征和性质是夸克物质物理的重要研究课题。由于QGP产生于高能重离子碰撞的早期,人们在实验上最终所能观察到的是QGP演化以后的末态强子的信息,因而研究夸克胶子等离子体在相对论碰撞中的形成条件,系统的演化,和观测信号是高能重离子碰撞研究中的核心问题。流体动力学模型可以很好的描述夸克胶子等离子体系统的时空演化过程。研究夸克胶子等离子体的理论基础是有限温度密度下的量子色动力学(QCD)。
首先我们简要回顾夸克物质物理的研究现状。作为理论基础,介绍了相对论流体动力学模型和有限温度量子场论的相关基础,包括实时有限温度场论中的玻色子和费米子传播子的Keldysh表示形式,并介绍了热QCD中的硬热圈重求和技巧,计算了玻色子和费米子的重求和传播子。
然后,我们研究了化学非平衡QGP系统中的切向粘滞系数,我们在实时有限温度QCD的理论框架下,采用弛豫时间近似计算了QGP系统在化学非平衡的条件下的切向粘滞系数,并与平衡态的结果进行比较,发现非平衡时的粘滞系数比平衡时大。
基于1+1维的粘滞流体力学模型,可以得到一组描述化学非平衡夸克胶子等离子体系统的演化方程组。联立系统的状态方程,解这一组方程得到系统的演化信息。如温度的演化,能量密度的演化等。我们发现考虑粘滞效应以后温度的演化会变的减缓,而逃逸因子的演化比理想情况下要快。
以流体模型得到的系统演化的信息为基础,可以去研究夸克胶子等离子体产生的信号,例如双轻子的产生和热光子的产生,这也是我们下一步工作的方向。