［摘要］夸克－胶子等离子体是当今粒子物理领域的重要研究课题，它不仅能揭示微观粒子的物理性质，还能帮助人们认识宇宙的演化过程。
本文对夸克－胶子等离子体的研究现状进行了概述。
［关键词］夸克－胶子等离子体；高能重离子碰撞浅谈现代粒子物理前沿问题———夸克－胶子等离子体
傅永平
郗勤
（临沧师范高等专科学校数理系，云南临沧
６７７０００）
1研究夸克-胶子等离子体的科学意义
按照目前的实验观测结果，已知的物质最小构成单元是夸克和轻子，比如质子和中子就是由上夸克和下夸克组成的三夸克色禁闭束缚态，而介子则是双夸克色禁闭束缚态。
我们熟知的电子就是轻子的一种。
如果用质量来标度，夸克和轻子可以分为三代，每一代有２种夸克和轻子，其中夸克包括上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、顶夸克和低夸克，轻子包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子。
夸克－胶子等离子体是区别于强子的一种新的物质形态，夸克不再是以强子型的双夸克或三夸克色禁闭束缚态形式存在，夸克－胶子等离子体中的夸克是色相互作用渐近自由的，夸克与夸克之间，夸克与多夸克之间存在自由的色相互作用，这是一种多体夸克凝聚的新物质形态。
宇宙大爆炸初期宇宙的温度约为１０２８
ｅＶ，按照标准模型，当时可
能存在的物质只有轻子和夸克，此时夸克的色自由度是解禁的，就会形成夸克－胶子等离子体。
之后随着宇宙不断膨胀，温度下降到１００ＭｅＶ时，夸克物质发生对称性破缺，开始冻结成为质子和中子。
从夸克物质演化的意义来讲，研究夸克－胶子等离子体不仅对基本粒子物理研究意义重大，而且对于宇宙演化的研究来讲也具有重要意义。
2实验概况
实验表明，高能重离子碰撞有可能产生核子的多重碰撞，使能量主要集中在质心附近。
也即一个核的核子有可能和另一个核的不同核子发生多次碰撞，而不是仅发生一次碰撞便飞离质心区域，这样在一个很短的驰豫时间内，能量可以集中在质心附近，从而产生夸克－胶子等离子体。
为更好地解释在高能重离子碰撞过程中，能量如何主要聚集在质心附近，引入核阻塞能力的概念，它表征重离子碰撞过程中一个入射核子与另一个核碰撞时所受到核物质的阻塞程度，如果多重碰撞程度越高，阻塞能力也就越大，出射核子所携带的能量就越小，那么聚集在质心附近的能量就越高，也就越容易产生夸克－胶子等离子体。
多重碰撞及核阻塞能力的研究，在高能重离子碰撞产生夸克－胶子等离子体方面具有重要作用。
实验物理学家们正在尝试着利用高能重离子碰撞实验装置，把物质的温度和密度在一个很小的时空区域内提升到大爆炸的初始阶段，即把“历史”退回到存在自由夸克物质的宇宙初期。
美国布鲁海文国家实验室（ＢＮＬ）的相对论重离子对撞机（ＲＨＩＣ）能够将金原子核加速到每核子１００ＧｅＶ，碰撞的质心系能量可达３９．４ＴｅＶ。
此外，欧洲核子研究中心（ＣＥＲＮ）的大型强子对撞机（ＬＨＣ）可以把铅原子核加速到每核子２．７６ＴｅＶ的质心系能量。
那么碰撞的质心系能量可达到５７４．０８ＴｅＶ。
未来ＬＨＣ的质心系能量还将提升到每核子５．５ＴｅＶ，碰撞的质心系能量将达到１１４４ＴｅＶ。
ＲＨＩＣ能将金原子核加速到光速的９９．９５％，核粒子束迎头相撞时，每秒钟将会出现上千次的碰撞，每一次碰撞都能在相撞点上产生很高的温度，大约能产生超过１０１２Ｋ的温度，这相当于太阳温度的１万倍。
3探测夸克-胶子等离子体
夸克－胶子等离子体一旦产生就会迅速冷却膨胀，所以其寿命是很短暂的。
对于实验物理学家而言，观察其冷却过程中的粒子产生才是观测夸克－胶子等离子体的有效途径。
夸克－胶子等离子体在冷却过程中将有大量新粒子产生，其中包括光子、轻子和夸克碎裂产生的强
子。
标准模型预言，夸克－胶子等离子体的粒子产生多重数将远大于核子－核子深度非弹性散射的粒子产生，所以通过比较实验结果和理论预言将成为又一检验标准模型正确与否的关键。
如何观测夸克－胶子等离子体不仅是实验关心的问题，也是理论研究的热点。
比如研究夸克－胶子等离子体的动力学特征。
而要了解它，就必须依赖于从中心区域出射的、且未被其损坏的粒子。
这些粒子的最佳候选者就是光子和轻子，因为光子和轻子只参与电磁相互作用和弱相互作用，它们都不会与夸克物质发生强相互作用，对于以强相互作用为主导的过程而言，它们几乎可以不受阻碍地从碰撞中心区域出射并被探测器捕捉到，所以光子和轻子都可以携带中心区域夸克物质的动力学信息，通过研究它们便可以了解自由夸克物质的动力学特征及规律。
在高能重离子碰撞过程中有以下三种主要的光子产生源，首先是初始冷组分部分子碰撞产生的快光子，它们包括夸克、胶子之间的湮灭和康普顿过程产生的直接光子，还包括由末态部分子在真空中碎裂产生的光子。
还有喷注通过热媒介时，与热部分子相互作用也会产生光子。
由于初始部分子碰撞过程中的转移动量很高，强相互作用跑动耦合常数小于１，这些光子的产生机制可以利用微扰量子色动力学和量子电动力学来处理。
此外，在热夸克物质的平衡相中，热光子将由热夸克和热胶子的湮灭和康普顿过程产生，由于夸克－胶子等离子体的热光子主要集中在低横动量区域，所以微扰论很难处理。
只能依靠有限温度场论以及有效热质量截断等技术来解释夸克－胶子等离子体的热光子产生。
最近，有的学者提出了一种新的理论来解释热光子的产生机制，称为共形反常。
在夸克－胶子等离子体中存在共形不变对称性的破缺，这种破缺机制直接导致了色单态热部分子之间的相互作用产生热光子。
光子产生的最后一个主要来源是碰撞演化末态的强子物质，热强子气体之间主要通过介子相互作用产生热光子，其中介子主要是轻介子，目前关于强子气体模型已经把奇异介子也包含进来了。
来自ＲＨＩＣ的ＰＨＥＮＩＸ实验组和ＬＨＣ的ＣＭＳ实验组得到的光子实验数据能较好地与理论计算结果相吻合。
对于高能重离子碰撞中双轻子的产生机制，与光子产生过程完全类似，只需要将实光子变换为虚光子即可，因为双轻子主要由虚光子衰变而来。
理论表明来自于夸克－胶子等离子体的热双轻子在低不变质量区域产率最大，但是热双轻子在这个区域的贡献被众多的强子衰变谱所掩盖，热双轻子唯一占主导的区域是在中间不变质量区域。
但中间不变质量区域的双轻子数据同样能用粲粒子衰变来解释。
不过来自ＮＡ６０实验组的数据表明较之粲粒子衰变谱，中间不变质量区域的双轻子数据有一个抬高，这个抬高有可能是来自热双轻子的贡献。
除此之外，对于ＲＨＩＣ的双轻子实验而言，仍存在着不少公开问题。
其中之一就是低横动量双轻子数据在低不变质量区域较之强子衰变的理论预言有一个２到３倍的抬高现象。
这种抬高现象可以通过热媒介中矢量介子由于手征部分恢复而发生质量移动来部分地得到解释，但仍无法完全解释抬高现象。
最近，ＰＨＥＮＩＸ实验组得到的高横动量双轻子不变质量谱也存在实验值高于现有理论预言的抬高现象。
来自热双轻子的贡献仍无法解释现有数据。
4小节
本文就目前粒子物理的前沿热点，夸克－胶子等离子体，进行了概述。
现有的夸克－胶子等离子体的光子产生实验数据能够与理论计算结果较好地吻合，但是双轻子产生的实验数据在理（下转第４２页）
按日最高用水负荷２１０ＫＷ选定即可。
■地埋管计算表
（Ｌｑ为测试井的测试报告数据）
4结论
采用地源热泵与冰蓄冷系统相结合的措施后，同时拥有两项先进
技术的优点，享受分时电价政策，制冷、制热的同时免费提供生活热
水；运行费用较常规空调系统节省４０％～５０％。
同时省去散热设备、锅炉、烟气排放系统的投资，减小装机容量
３５％，降低配电功率２０％～５０％，提取地下土壤中的冷热量，降低能
耗；移峰填谷，平衡电网，减少电网峰谷损耗，是空调领域先进的超级
节能环保系统。
（上接第４０页）
论解释方面仍然存在不少问题。
相信随着更多地实验数据的产生，将会
促进夸克－胶子等离子体理论的发展。
本文得到云南省教育厅科学研究基金项目（２０１２Ｙ２７４）；临沧师专
高层次人才引进科研启动项目（ＦＹＰ２０１２）资助。
作者简介：傅永平，１９８３年生，男，云南临沧人，讲师，博士，
主要研究方向为理论物理。
［参考文献］
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