Bialas有關的流體力學中金—金碰撞帶電粒子的快度分布

張海利

摘 要：越來越多的證據表明流體動力學可以描述高能重離子碰撞中所產生的中間物質。文章統一并描述了Bjorken和 Laudau關于1+1維相對論流體力學的模型，利用Bialas相關熵分布解的形式，得到了流體力學中高能重離子碰撞帶電粒子快度分布的一般形式。且理論結果很好地符合實驗數據。

關鍵詞：Bialas流體動力學；帶頭粒子；快度分布

引言

越來越多的證據表明流體動力學可以描述高能重離子碰撞中所產生的中間物質。流體動力學公式的數值模擬可以很好的描述橫動量低的粒子的分布[1]，狀態公式依賴于流體演化的初始階段和最終階段的假設。但流體動力學也有關于媒介的全熱化和計算流體粘度的疑問，并且它不考慮運動光錐附近的帶頭粒子。給出流體力學中流體的初始和末態是非常重要的，凍結之前系統的橫向運動可以忽略，只需要考慮縱向運動，我們只考慮1+1維系統。此系統在固定溫度下凍結，即溫度達到一定值后π介子將自由運動。

根據理論依據，在高能重離子碰撞中應用流體動力學概念非常有意義。流體動力學很久以前就已經被提出，現在已經有了一系列合理的解。碰撞初始階段產生的重介子使我們確信單粒子或強子自由度在碰撞早期不相關，因此我們可以把介子看作流體。

1 Bialas相關的流體動力學末態帶電粒子的快度分布

流體流場中各點壓強間的變化引起密度的變化，在絕熱條件下聲速的平方定義為密度隨壓強的變化率：

（1）

熱力學恒等式有p+ε=Ts， Bialas流體動力學中物理量是關于洛倫茲變換不變的，Bialas給出：

（2）

定義 ，可得：

（3）

（4）

聯系熱力學相關性質可得公式：

（5）

我們定義 為碰撞物質初始時刻的溫度：

（6）

由公式（5）和（6）可得：

（7）

在固定溫度凍結，由文獻[2]知熵分布為：

（8）

由以上公式得到高能重離子碰撞帶電粒子的快度分布為：

（9）

圖1給出了？仔+，？仔-，K+，K-，p和p在■=200GeV金-金碰撞的快度分布的理論結果和實驗結果。圖中圓圈、三角形和正方形是Brahms 合作組的實驗結果。實線是由公式 （9） 得到的理論結果。g 取值為8.16， 對于？仔+（？仔-），K+，K-，p和p中，θ的取值依次為2.23， 2.32， 2.07， 2.23 和2.23.

圖1 ■=200GeV金-金碰撞的末態帶電粒子的快度分布

數據來源于文獻[3]

我們從圖1可以清楚的得出：理論結果與除質子外的實驗數據擬合地很好。快度范圍在2～3間的質子的實驗數據明顯高出理論結果，這是由于帶頭粒子效應，即在核子-核子碰撞中，在入射核與靶核碎裂區分別產生一個粒子，這個粒子就叫做帶頭粒子。我們已經知道流體力學理論框架中不包含帶頭粒子的描述。

2 結束語

文章我們利用Bialas相關熵分布解的形式和 Laudau關于1+1維相對論流體力學的模型，得到了流體力學中高能重離子碰撞帶電粒子快度分布的一般形式，且所得的流體力學中高能重離子碰撞中帶電粒子的快度分布理論公式與Brahms合作組的金金碰撞200GeV末態帶電粒子除質子-質子碰撞外實驗數據擬合得很好，我們知道這是由于在流體動力學解的基礎上沒有考慮帶頭粒子效應。

參考文獻

[1]Huovinen P，Ruuskanen P V. Hydrodynamic Models for Heavy Ion Collisions[J].Annual Review of Nuclear and Particle Systems， 2006， 56（1）：163-206.

[2]Bialas A， Janik R A， Peschanski R. Physical Review C， 2007， 76（5）：054901-1-054901-7.

[3]Murray M. Journal of Physics G： Nuclear and Particle Phycics， 2004， 30（8）：S667-S674.