相对论重离子碰撞中径向流的测量方法

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在相对论重离子碰撞中,集体流是夸克胶子等离子体(QGP)形成的一个非常重要的证据。径向流和椭圆流是其中研究比较广泛的两类。其中椭圆流反映了多重数方位角分布的各向异性,并且提供了初始条件和系统性质的信息。我们知道,非对心碰撞中系统初始几何不对称不仅导致了多重数密度分布的各向异性,同样也导致了运动学径向扩展。而径向扩展和椭圆流的相互作用导致了低横动量区域的微分椭圆流呈现按质量排序的规律,即质量大的粒子的椭圆流较小。在给定动力学约束条件下(如径向流、温度、源的形变等),流体力学能够很好地描述椭圆流的质量排序规律。此外,在流体力学中,粘滞引起的动量传递与速度的一阶导数成正比,体粘滞与各向同性径向速度有关,而切向粘滞与各向异性径向速度有关。因此,各向异性径向流的确定对于流体力学计算和切向粘滞的测量都是至关重要的。在传统做法中,各向异性径向流是通过Blast-Wave参数化拟合得到,因此,它是一个模型依赖的参数。本文中我们采用直接从平均横向快度的方位角分布中提取的方法,这是一种不依赖模型的方法。如何在相对论重离子碰撞实验中测量各向异性径向流是本文的主要内容。事件平面法和二粒子关联方法是估算多重数方位角分布各向异性系数(如椭圆流)的两种常用方法,而估算平均横向快度方位角分布各向异性系数(各向异性径向流)的方法类似于测量椭圆流。区别在对于不同观测量的方位角分布,其傅里叶展开系数在估算中选取的粒子权重是不同的。对于椭圆流和各向异性总横向快度流来说,权重分别为1和粒子的横向快度;而对于各向异性径向流,权重为方位角区间里的粒子总横向快度与方位角区间里粒子数的比值(即平均横向快度),这就消除了多重数的影响,只保留了径向扩展的运动学信息。本文中,我们首先介绍了测量椭圆流的方法,事件平面法和二粒子关联方法。在实验中,反应平面角是未知的且随事件涨落,用重建的事件平面来代替反应平面就是所谓的事件平面法。在对事件平面法的研究中,我们发现椭圆流也可以从椭圆流逐事件分布的峰值位置提取。我们知道,事件平面围绕真实反应平面涨落,事件椭圆流参数也在其真值附近涨落。虽然由于传播误差和系统原因,事件椭圆流的分布可能会偏离标准高斯分布,但其峰值位置仍然是椭圆流的最概然值,它应该最接近由真实反应平面得到的椭圆流。基于AMPT string melting模型,我们发现这种方法估算的椭圆流与事件平面分辨率成正相关,而事件平面法和二粒子关联方法对椭圆流的测量与预期是一致的。然后,我们采用事件平面法和二粒子关联方法估算了各向异性径向流。利用AMPT string melting模型生成的质心能量为200GeV的Au+Au碰撞事件样本,我们展示了事件平面法和二粒子关联方法对总横向快度流的测量都是有效的。事件平面法对各向异性径向流也是有效的。对于中心碰撞和半中心碰撞,二粒子关联方法对各向异性径向流的测量是有效的。然而,对于两个边缘碰撞中心度,当方位角区间里的平均粒子数小于10时,二粒子关联方法就会失效。因此,在相对论重离子碰撞中,事件平面法和二粒子关联方法都可以估算各向异性径向流。为了保证二粒子关联方法的有效性,方位角区间里的平均粒子数要高于最低阈值。此外我们还发现,在AMPT模型中,真实椭圆流与真实各向异性径向流的和,同真实各向异性总横向快度流是一致的。这个关系也适用于由事件平面法和二粒子关联方法估算得到的相应系数。因此,椭圆流和各向异性径向流是可以叠加的。
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