Введение к работе
Одна из наиболее интересных задач физики ультрарелятивистских ионов это создание и регистрация нового состояния вещества - кварк-глюоиной плазмы. По предсказаниям квантовой хромодинамики, при достаточно больших плотностях энергии должен происходить фазовый переход от обычной адронной материи к новому состоянию вещества - газу практически свободных кварков и глюонов - кварк-глюонной плазме. Оценки критической плотности энергии дают значение ~ 1 ГэВ/ фм3. Такая плотность энергии, возможно, имела место до 10-s секунды от Большого Взрыва. В настоящее время такие плотности энергии могут быть созданы в столкновениях релятивистских ядер.
Схематически, столкновение релятивистских ионов с образованием кварк-глюонной плазмы обычно представляют себе в следующем виде. При прохождении сталкивающихся ядер друг сквозь друга образуется горячая материя, которая затем приходит к термодинамическому равновесию. Если при этом достигается достаточная плотность энергии, то образуется кварк-глюонная плазма, окруженная слоем более холодного адронного газа. Затем вся система расширяется, остывает, происходит обратный переход из плазмы к адронномугазу, и, вконце концов, адронный газ распадается на конечные адроны и резонансы.
При этом возникает проблема поиска сигнала, однозначно связанного с образованием кварк-глюонной плазмы в столкновении тяжелых ионов. К настоящему времени предложено несколько таких возможных сигналов: электромагнитные сигналы, повышение выходов странных частиц, подавление выходов J/ф и так далее. Электромагнитные сигналы основаны на том, что фотоны и лептонные пары вылетают из центральной области без перерассеяния и несут информацию о температуре и, возможно, о массе резонансов, распавшихся в центральной области столкновения. Увеличение выхода странных частиц происходит благодаря снижению порога рождения странных кварков в случае образования кварк-глюонной плазмы. Подавление числа J/тр, происходит из-за того, что размер связанного состояния се оказывается сравним с дебаевским радиусом экранирования
в плазме. Однако, для всех предложенных до сих пор сигналов образования кварк-глюонной плазмы найдены аналогичные эффекты в чисто адронном газе, так что ни один из них не является качественным, но все они требуют тщательного количественного анализа. Таким образом, проблема регистрации кварк-глюонной плазмы все еще открыта.
В большинстве работ по рождению адронов в ядро-ядерном столкновениях предполагается, что адроны несут информацию в основном о стадии распада адронного газа, и забывают о предыдущей эволюции столкновения. Однако, как показано в данной работе, эта точка зрения слишком упрощена. Благодаря тому, что толщина слоя адронного газа, окружающего кварк-глюонную плазму, сравнима с длиной свободного пробега адрона в нем, адроны, вылетающие с поверхности кварк-глюонной плазмы слабо экранируются. Таким образом, адроны рожденные в результате вылета кварков или глюонов из приповерхностного слоя кварк-глюонной плазмы, их адронизации на ее поверхности и прошедшие без перерассеяния окружающий адронный газ, составляют значительную часть конечных адронов. Далее такие адроны мы будем называть "прямыми", в отличие от обычно рассматриваемых "распадных" адронов, образующихся в результате распада адронного газа. Прямые адроны несут информацию о поверхности кварк-глюонной плазмы, и могут быть использованы для исследования ее поверхности и построения сигналов ее образования. В настоящее время, в литературе обсуждается непрерывное излучение адронов из адронного газа до начала его распада на конечные адроны, но учет такого излучения не что иное как еще одна, возможно более реалистичная модель описания распада сильно взаимодействующей материи на конечные адроны, в то время как излучение адронов непосредственно с поверхности кварк-глюонной плазмы - принципиально другой процесс.
Если бы размер ядер был значительно больше длины свободного пробега адрона в адронном газе, то таким поверхностным эффектом можно было бы пренебречь, однако, размеры даже самых тяжелых ядер сравнимы с длиной свободного пробега, и
такое поверхностное излучение, как показано в работе, является значительным.
Цель работы. Целью данной работы является изучение рождения прямых адронов на поверхности кварк-глюошюй плазмы в случае ее образования ядро-ядерном столкновении; оценка их выходов и сравнение их с выходами распадных адронов;
Актуальность работы. В настоящее время ведутся активные поиски кварк-глюонной плазмы в ядро-ядерном столкновениях на ускорителях AGS, SpS а также планируются эксперименты на строящихся коллайдерах RHIC и LHC. Среди предложенных сигналов образования КГП нет ни одного качественного эффекта, однозначно связанного с образованием плазмы в таких столкновениях. В частности, распространено мнение, что адроны не несут непосредственной информации о кварк-глюонной плазме, и единственный способ ее прямого изучения - прямые фотоны и дилептоны.
Поэтому особое значение приобретает предложенный в работе эффект, на основе которого возможно изучение приповерхностной области кварк-глюонной плазмы с помощью адронных сигналов.
Научная новизна. Впервые рассмотрено излучение адронов непосредственно с поверхности кварк-глюонной плазмы в случае ее образования в ядро-ядерном столкновении. Такие адроны несут информацию о поверхности кварк-глюонной плазмы, и могут быть использованы для изучения ее свойств. Показано, что прямые адроны доминируют при малых поперечных импульсах. Учет излучения прямых адронов приводит к значительному изменению эволюции горячей материи по сравнению с обычной гидродинамической моделью. Предложен новый сигнал образования кварк-глюонной плазмы, основанный на характерном подъеме распределения по поперечным импульсам в области малых поперечных импульсов.
Конкретный личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 5 работ в соавторстве. Лично автором получены все необходимые оценки, продемонстрирована значимость излучения прямых адронов и построена модель рождения прямых
адронов в ядро-ядерных столкновениях с учетом их поглощения в адронной шубе. Разработана компьютерная программа, реализующая эту модель, и позволяющая вычислять выходы прямых адронов во всем диапазоне представляющих интерес энергий (AGS, SpS, RHIC и LHC). Предложен новый сигнал образования кварк-глюонной плазмы, основанный на характерном подъеме распределения по поперечным импульсам в области малых поперечных импульсов.
Апробация работы и публикации. Работы, положенные в основу диссертации, докладывались автором на семинарах и конференциях ИОЯФ РНЦ "Курчатовский Институт", на международных конференциях "Релятивистская ядерная физика и квантовая хромодинамика", XIII Международный семинар по проблемам физики высоких энергий (Дубна, 1996), и были представлены в виде стендовых докладов на международной конференции "Кварковая материя-1997" (Тсукуба, 1997).
Основные результаты диссертации опубликованы в 5 работах, список которых приведен в приведен в конце автореферата.
Положения, выносимые на защиту.
Значительность вклада прямых адронов в полное адронное излучение в ядро-ядерном столкновении в случае образования кварк-глюонной плазмы.
Существенность излучения прямых адронов для динамики ядро-ядерного столкновения.
Метод вычисления выходов прямых адронов в столкновениях ультрарелятивистских ядер.
Выходы прямых пионов и резонансов в столкновениях РЪ + РЬ при энергиях 158 А-ГэВ (SpS) и 3150+3150 А-ГэВ (LHC).
Новый возможный сигнал образования кварк-глюонной плазмы в столкновениях ультрарелятивистских тяжелых ионов, связанный с характерным подъемом распределения по поперечному импульсу в мягкой области для различных адронов в случае образования КГП.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения. Основная часть диссертации содержит 55 страниц текста, в том числе 3 таблицы и 24 рисунка. Список использованной литературы содержит 51 наименование.
