低SIS能区重离子碰撞中的非平衡动力学研究课件

1、同位旋效应对直接流消失的影响李庆峰 合作者：沈彩万，郭琛琛，王永佳，李祝霞，J. Lukasik，W. Trautmann 主要内容取自：PHYSICAL REVIEW C 83, 044617 (2011); SCIENCE CHINA Physics 55 252 (2012); SCIENCE CHINA Physics 即将投稿。第1页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-2主要内容动机模型简介及相关改进集体流、流消失现象及研究现状动力学过程对集体流和核阻止的影响INDRA能区直接流激发函数的理论描述流消失现象对对称能密度依赖程度的探测流消失的同位旋

2、效应依赖的多系统研究小结及展望第2页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-3主要动机希望扩展我们的输运模型UrQMD至低SIS能区，从而在一个最大的能量范围内（从SIS到LHC）研究核反应的动力学性质及所存在的可能的相变情况；在低SIS能区，最近对一些观测量-如集体流和核阻止效应的-的激发函数的实验数据和初步理论研究的比较表明，现在的理论解释还存在较大的不自洽性，需要进一步完善。INDRA和MSU两实验组对SIS能区的直接流消失能量的测定有差别。INDRA实验给出的流消失能量是出射粒子种类依赖的。第3页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨

3、会 （兰州）QF-4 模型简介UrQMD= Ultra-relativistic Quantum Molecular Dynamics 极端相对论量子分子动力学模型，是一个研究较大能量区域、较多反应系统的微观非平衡动力学模型；新粒子产生通过两种方式获得：共振态衰变和弦成块（模拟新相的运动学）粒子的相互作用考虑了平均场和两体碰撞；具体更新情况（cascade模式的）请见/虽然叫极端相对论量子分子动力学模型，但是，在低能端，为了简化问题，其继承了QMD对平均场的处理方式（而不是RQMD的协变动力学处理方式），因此，在低能端，UrQMD除了一些技术上的特殊处理外，所涵盖的物理内容和QMD完全相同。第

4、4页，共45页。我们利用UrQMD对LHC能区软物理研究的最新成果研究由HBT两介子关联所抽取的火球时空信息在LHC能区的的集体行为、膨胀行为和标度行为，具体请见：PHYSICAL REVIEW C 85, 034908 (2012)PHYSICAL REVIEW C 85, 044901 (2012)J. Phys. G 39 (2012) 0651012022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-5第5页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-6UrQMD用于低能运算的模型改进势修正部分： 平均场势 or Skyrme势（王永佳同学将给出一

5、些初步计算）碰撞项部分： Pauli-blocking阻塞的再处理； 两体碰撞截面的介质修正的仔细考虑。这些处理成立的前提：初始核合理的束缚能及方均根半径在一个时间段（150 fm/c）内的相对稳定。第6页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-7UrQMD中现在已经采用的平均场势项除了通常的动能项以外，UrQMD内现已考虑的势项：已具备：新加入：介子库仑势部分也考虑了。JPG31_1359(2005); 32_151(2006); 36_015111(2009)第7页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-8Pauli-bl

6、ocking阻塞的再处理默认版本的UrQMD中为了加快运算速度，使用了一个等效的拟合公式用于PB阻止：但是，此公式在低能区被证明不够准确：这会允许过多的碰撞发生。第8页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-9PB阻止 续因此，我们采用了传统的处理PB的方式，即满足如下两条件的某次碰撞的同类粒子就可以发生碰撞：PB：UU：自旋兼并因子两粒子相空间分布函数随机数碰撞阻塞因子时时满足第9页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-10两体碰撞截面的介质修正核子-核子两体弹性散射截面的密度、动量修正是众所周知的，许多理论组都对此作较为

7、详细的研究，如：PRC69_017601(2004)我们最早研究了质量劈裂效应在截面中的影响PRC62_014606(2000)我们最早研究了截面密度修正中的同位旋依赖性。RBUU第10页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-11截面介质修正在输运模型中的实现暂不考虑非弹部分：JPG32_407(2006)第11页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-12反应系统、末态处理、观测量在INDRA能区，广泛选择不同的碰撞系统（见结果部分）及碰撞参数,事件停止时间150 fm/c，每一计算用10万以上事件分析以保证统计的可靠性。

8、反应停止后，采用相空间判断的Coalescence模型的相空间判断，P0和R0参数分别为0.2 GeV/c和2.8 fm.集体流：核阻止参数vartl：第12页，共45页。集体流v1的产生及时间演化举例2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-13第13页，共45页。流消失现象2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-14第14页，共45页。流消失成因：吸引与排斥2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-15碰撞前后碰撞时第15页，共45页。MSU和INDRA的实验2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-16PR

9、C, 61, 021602（R）（2000）PRC, 65, 044604 （2002）INDRA： 更好的反应平面确定，更好的粒子分辨第16页，共45页。流消失观测量2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-17directed transverse momentumwith px ( i) being the transverse momentum of the ith particle and where yc.m. (i) is the associated rapidity of the ith particle. In transverse momentum,

10、all rapidity bins are taken into account.“In several experiments, it was shown that the balance energy Ebal is nearly independent of the nature of theparticle. The balance energy is nearly the same for nucleons, light, and heavy fragments.“一个典型例子：PHYSICAL REVIEW C 58 3494 （1998）第17页，共45页。MSU实验-流消失的初

11、始核同位旋依赖2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-18PRC78， 1022 （1997）第18页，共45页。INDRA实验-流消失的粒子种类依赖性2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-19Eur. Phys. J. A 30, 31 (2006)第19页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-20改变初始化、势修正、碰撞项后的14个UrQMD测试版本P-B: Pauli-blockingEoS：状态方程Fu：截面密度依赖因子Fp：截面动量修正因子Ini.:初始化方式H-S：硬球模式W-S：Woods-Saxo

12、n整体而言，UrQMD中的HS模式比WS模式模拟的核要小一点点（2.5%）第20页，共45页。反应系统的密度时间演化图2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-21第21页，共45页。反应系统的同位旋不对称度的时间演化图2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-22第22页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-23Pauli-Blocking效应对观测量的影响第23页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-24集体现象的产生原因分析 I:初始化、平均场、碰撞项无碰撞无势修正无库仑、对称

13、势HSWS第24页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-25集体现象的产生原因分析 II:平均场和截面的动量依赖效应UrQMD-ISMFP2UrQMD-IISMFP1UrQMD-VIIISMNo pNN limitUrQMD-IXSFP1*均为FU1第25页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-26核阻止此反应条件下实验值：0.800.03第26页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-27自洽性检验如上对不同入射能量下碰撞的集体流和核阻止观测量的研究表明：UrQMD中不同贡献项对它们的影

14、响顺序是相同的，它们之间具有高度的结果自洽性。因此，接下来的研究中我们将只选定其中一个观测量用于和实验值的比较。（注意：实验结果的自洽性检验也是十分重要的）第27页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-28截面中的密度修正和动量修正效应密度压低效应增强无碰撞项动量恢复效应增强两边修正均无动量依赖两边修正均无动量依赖第28页，共45页。2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-29直接流在INDRA能区的激发函数转变能低能核反应更细致考虑INDRA 和 FOPI实验结果有不同第29页，共45页。下面关注一个次级量：对称能2022/8/520

15、12超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-3018 setsFrom B. Alex Brown, PRL 85, 5296 (2000)第30页，共45页。放射性束流设备现状Q.Li for APCTP in Pohang31 Cooling Storage Ring (CSR) Facility at HIRFL/Lanzhou in China (2008) up to 500 MeV/A for 238U /zhuye/en/htm/247.htm Beijing Radioactive Ion Facility (BRIF-II) at CIAE in China (2012) /

16、Radioactive Ion Beam Factory (RIBF) at RIKEN in Japan (2007) http:/www.riken.jp/engn/index.html Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR)/GSI in Germany (2016) up to 2 GeV/A for 132Sn (NUSTAR - NUclear STructure, Astrophysics and Reactions ) http:/www.gsi.de/fair/index_e.html SPIRAL2/GANIL in

17、France (2013) http:/pro.ganil-spiral2.eu/spiral2 Selective Production of Exotic Species (SPES)/INFN in Italy (2015) http:/web.infn.it/spes Facility for Rare Isotope Beams (FRIB)/MSU in USA (2018) up to 400(200) MeV/A for 132Sn /The Korean Rare Isotope Accelerator (KoRIA) (2016?) up to 250 MeV/A for

18、132Sn第31页，共45页。Q.Li for APCTP in Pohang32理论上研究IEOS的方法列表 Microscopic Many-Body Approaches Non-relativistic Brueckner-Bethe-Goldstone (BBG) Theory Relativistic Dirac-Brueckner-Hartree-Fock (DBHF) approach Self-Consistent Greens Function (SCGF) Theory Variational Many-Body (VMB) approach Greens Functio

19、n Monte Carlo Calculation Vlowk + Renormalization Group Effective Field Theory Density Functional Theory (DFT) Chiral Perturbation Theory (ChPT) QCD-based theory Phenomenological Approaches Relativistic mean-field (RMF) theory Quark Meson Coupling (QMC) Model Relativistic Hartree-Fock (RHF) Non-rela

20、tivistic Hartree-Fock (Skyrme-Hartree-Fock) Thomas-Fermi (TF) approximations Self-consistent Relativistic Boltzmann Uehling-Uhlenbeck (SC-RBUU)The nuclear EOS cannot be measured experimentally, its determination thus depends on theoretical approaches 第32页，共45页。Q.Li for APCTP in Pohang33Transport Mod

21、els for HICs at intermediate energies:N-body approachesCMD, QMD,BQMD,IQMD,IDQMD,ImQMD,LQMD,AMD,FMDUrQMDOne-body approachesBUU/VUU, BNV, LV, IBL Relativistic covariant approachesRVUU/RBUU,RQMDTransport ModelsCentral collisionsNi + Au, E/A = 45 MeV/A现存可以研究状态方程的输运模型列表第33页，共45页。Q.Li for APCTP in Pohang3

22、4探测Esym()的敏感观测量(不完整列表!) Pigmy/Giant resonances Nucleon optical potential第34页，共45页。我们使用的对称能2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-35第35页，共45页。平衡能的获得2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-36拟合：拟合：线性第36页，共45页。不同出射粒子流梯度的对称能依赖2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-37中子流测量变得极有意义，S394/GSI 计划在中子测量上有精度突破。第37页，共45页。平衡能的反应系统质量依赖2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-38-1/3 与已有实验数据相吻合。第38页，共45页。平衡能的反应系统依赖2022/8/52012超重核合成与性质研讨会 （兰州）QF-391，中子平衡能；2，同位素链结果；3，质量增加，平衡能下降; 增加，平衡能上升。4，质子平衡能同位旋效应小。第39页，共45页。平