0.4-1.2AGeV能區(qū)重離子碰撞直接流：現(xiàn)象、機(jī)制與前沿洞察一、引言1.1研究背景與意義重離子碰撞研究在高能核物理領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位，它是探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和基本相互作用的重要手段。通過將重離子加速到接近光速并使其相互碰撞，科學(xué)家們能夠創(chuàng)造出與宇宙大爆炸后最初瞬間相似的極端條件，如高溫、高密環(huán)境。在這種極端條件下，普通的核物質(zhì)會(huì)發(fā)生相變，形成一種新的物質(zhì)形態(tài)——夸克膠子等離子體（QGP）。QGP是一種由夸克和膠子組成的解禁閉的物質(zhì)狀態(tài)，研究其性質(zhì)和行為對(duì)于理解強(qiáng)相互作用的基本規(guī)律、揭示物質(zhì)的深層次結(jié)構(gòu)具有關(guān)鍵意義。強(qiáng)相互作用是自然界四種基本相互作用之一，它負(fù)責(zé)將夸克束縛在一起形成質(zhì)子、中子等強(qiáng)子，以及將質(zhì)子和中子束縛在原子核內(nèi)。量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）是描述強(qiáng)相互作用的基本理論，然而，由于QCD在低能區(qū)域的非微擾特性，許多關(guān)于強(qiáng)相互作用的問題仍然有待解決。重離子碰撞實(shí)驗(yàn)為研究強(qiáng)相互作用提供了獨(dú)特的平臺(tái)，通過對(duì)碰撞過程中產(chǎn)生的各種粒子和物理現(xiàn)象的觀測(cè)和分析，我們可以深入了解強(qiáng)相互作用在極端條件下的表現(xiàn)，驗(yàn)證和發(fā)展QCD理論。直接流（directflow）作為重離子碰撞中的一個(gè)重要物理觀測(cè)量，對(duì)理解強(qiáng)相互作用和核物質(zhì)的性質(zhì)起著關(guān)鍵作用。直接流是指在重離子碰撞中，出射粒子在反應(yīng)平面方向上的凈動(dòng)量分布，它反映了碰撞過程中核物質(zhì)的集體運(yùn)動(dòng)特性。在非對(duì)心重離子碰撞中，由于碰撞的不對(duì)稱性，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反應(yīng)平面，核物質(zhì)在這個(gè)平面內(nèi)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相互作用和集體運(yùn)動(dòng)。直接流的大小和方向與核物質(zhì)的狀態(tài)方程、核子-核子相互作用、碰撞能量以及碰撞參數(shù)等因素密切相關(guān)。核物質(zhì)的狀態(tài)方程描述了核物質(zhì)的壓強(qiáng)、能量密度和粒子數(shù)密度之間的關(guān)系，它是理解核物質(zhì)性質(zhì)和行為的重要基礎(chǔ)。通過研究直接流與核物質(zhì)狀態(tài)方程的關(guān)聯(lián)，可以獲取關(guān)于核物質(zhì)狀態(tài)方程的重要信息，例如核物質(zhì)的壓縮性、對(duì)稱能等。核物質(zhì)的壓縮性反映了核物質(zhì)在受到壓縮時(shí)的抵抗能力，它對(duì)于理解原子核的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性、中子星的性質(zhì)等具有重要意義。對(duì)稱能則描述了核物質(zhì)中質(zhì)子和中子不對(duì)稱分布時(shí)的能量變化，對(duì)研究遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的原子核以及天體物理中的核合成過程等至關(guān)重要。此外，直接流還與核子-核子兩體碰撞的介質(zhì)修正密切相關(guān)。在重離子碰撞中，核子-核子碰撞發(fā)生在高溫高密的核物質(zhì)環(huán)境中，這種介質(zhì)環(huán)境會(huì)對(duì)核子-核子碰撞的截面、散射角等產(chǎn)生影響，即所謂的介質(zhì)修正。研究直接流可以幫助我們了解這種介質(zhì)修正的機(jī)制和程度，從而更準(zhǔn)確地描述重離子碰撞過程中的強(qiáng)相互作用。對(duì)于產(chǎn)生粒子（如π介子、K介子等）的直接流研究，能夠?yàn)楂@取這些粒子在核介質(zhì)中的勢(shì)和重散射信息提供重要線索。粒子在核介質(zhì)中的勢(shì)反映了粒子與核物質(zhì)之間的相互作用強(qiáng)度和性質(zhì)，而重散射過程則影響著粒子的動(dòng)量分布和出射角度。通過對(duì)產(chǎn)生粒子直接流的分析，可以深入了解粒子在核介質(zhì)中的傳播和相互作用過程，進(jìn)一步揭示強(qiáng)相互作用的微觀機(jī)制。在0.4-1.2AGeV能區(qū)的重離子碰撞中，核物質(zhì)的行為具有獨(dú)特的特點(diǎn)。這個(gè)能區(qū)介于低能重離子碰撞和高能相對(duì)論重離子碰撞之間，既存在著與低能碰撞相似的核子-核子多步散射和費(fèi)米氣體效應(yīng)，又開始展現(xiàn)出一些相對(duì)論效應(yīng)。在這個(gè)能區(qū)研究直接流，能夠填補(bǔ)我們對(duì)不同能量區(qū)域重離子碰撞中直接流系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)的空白，為建立統(tǒng)一的重離子碰撞理論模型提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。0.4-1.2AGeV能區(qū)的重離子碰撞實(shí)驗(yàn)相對(duì)高能實(shí)驗(yàn)來說，實(shí)驗(yàn)條件和數(shù)據(jù)分析方法具有一定的特殊性。例如，在這個(gè)能區(qū)，粒子的產(chǎn)生機(jī)制和相互作用過程可能更加復(fù)雜，需要更精確的探測(cè)器和更細(xì)致的數(shù)據(jù)分析方法來準(zhǔn)確測(cè)量直接流。對(duì)這個(gè)能區(qū)直接流的研究，有助于推動(dòng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法的發(fā)展，為未來更高能量和更復(fù)雜實(shí)驗(yàn)條件下的重離子碰撞研究奠定基礎(chǔ)。綜上所述，對(duì)0.4-1.2AGeV能區(qū)重離子碰撞中的直接流進(jìn)行系統(tǒng)性研究，對(duì)于深入理解強(qiáng)相互作用的基本規(guī)律、確定核物質(zhì)的狀態(tài)方程、揭示粒子在核介質(zhì)中的相互作用機(jī)制等方面具有重要的科學(xué)意義。同時(shí)，這一研究也將為高能核物理領(lǐng)域的理論發(fā)展和實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)步提供有力的支持，推動(dòng)我們對(duì)物質(zhì)微觀世界的認(rèn)識(shí)不斷深入。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在重離子碰撞直接流的研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列豐碩成果，研究覆蓋了從低能到高能的多個(gè)能區(qū)，為深入理解重離子碰撞過程提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。國(guó)外方面，眾多大型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為直接流研究提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。美國(guó)布魯克海汶國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)（RHIC），自運(yùn)行以來開展了大量重離子碰撞實(shí)驗(yàn)，積累了豐富的能譜和粒子關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)?？蒲腥藛T利用這些數(shù)據(jù)，在直接流與核物質(zhì)狀態(tài)方程的關(guān)聯(lián)研究上取得顯著進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)直接流的大小和方向與核物質(zhì)的壓縮性密切相關(guān)。如通過對(duì)不同碰撞能量下直接流的測(cè)量，分析出核物質(zhì)在不同壓縮程度下的響應(yīng)，為理論模型中狀態(tài)方程的參數(shù)設(shè)定提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）在高能重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中，也對(duì)直接流進(jìn)行了深入研究。其高精度的探測(cè)器系統(tǒng)能夠精確測(cè)量出射粒子的動(dòng)量和角度，從而更準(zhǔn)確地確定直接流。研究人員通過對(duì)LHC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，探討了夸克膠子等離子體（QGP）形成過程中直接流的變化特征，發(fā)現(xiàn)直接流在QGP形成階段對(duì)夸克和膠子的集體運(yùn)動(dòng)具有指示作用。在理論研究上，國(guó)外學(xué)者提出了多種模型來解釋直接流現(xiàn)象。輸運(yùn)模型如UrQMD（Ultra-RelativisticQuantumMolecularDynamics）被廣泛應(yīng)用，該模型通過模擬核子-核子的多步散射過程，能夠較好地描述低能和中能重離子碰撞中直接流的產(chǎn)生機(jī)制。在高能區(qū)域，流體動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）的微擾理論，用于解釋直接流與QGP的相互作用以及QGP演化過程中直接流的變化。這些理論模型在與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比中不斷完善，為理解直接流的物理本質(zhì)提供了理論框架。國(guó)內(nèi)的科研團(tuán)隊(duì)在重離子碰撞直接流研究中也發(fā)揮了重要作用。中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所的重離子加速器裝置（HIRFL）開展了一系列中低能重離子碰撞實(shí)驗(yàn)，對(duì)0.4-1.2AGeV能區(qū)的直接流測(cè)量積累了寶貴數(shù)據(jù)?？蒲腥藛T通過對(duì)該能區(qū)直接流的研究，分析了核子-核子相互作用在中低能條件下對(duì)直接流的影響，發(fā)現(xiàn)直接流在該能區(qū)對(duì)核子-核子散射截面的變化較為敏感。復(fù)旦大學(xué)馬余剛教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)布魯克海汶實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所等RHIC-STAR國(guó)際合作組成員，在高能重離子碰撞中的極端電磁場(chǎng)研究方面取得進(jìn)展，首次在高能重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到超強(qiáng)磁場(chǎng)影響下帶電粒子的直接流劈裂效應(yīng)，為研究強(qiáng)磁場(chǎng)下的夸克膠子等離子體性質(zhì)及碰撞產(chǎn)生的磁場(chǎng)演化問題提供了新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在理論研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者在改進(jìn)和發(fā)展理論模型上做出了貢獻(xiàn)。如對(duì)傳統(tǒng)的輸運(yùn)模型進(jìn)行改進(jìn)，考慮更多的微觀相互作用機(jī)制，以提高模型對(duì)中低能重離子碰撞中直接流的描述能力。在理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合方面，國(guó)內(nèi)科研團(tuán)隊(duì)積極參與國(guó)際合作實(shí)驗(yàn)，利用國(guó)外大型實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)據(jù)，開展理論分析和模型驗(yàn)證工作，進(jìn)一步加深了對(duì)直接流物理機(jī)制的理解。當(dāng)前研究熱點(diǎn)主要集中在不同能區(qū)直接流的能量依賴關(guān)系，以及直接流與核物質(zhì)相變的關(guān)聯(lián)上。通過測(cè)量不同能量下的直接流，研究其隨能量的變化規(guī)律，有助于揭示重離子碰撞過程中能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)演化的機(jī)制。而直接流與核物質(zhì)相變的關(guān)聯(lián)研究，旨在尋找直接流在相變點(diǎn)附近的異常行為，為確定核物質(zhì)的相變邊界提供線索。盡管國(guó)內(nèi)外在重離子碰撞直接流研究上取得了諸多成果，但在0.4-1.2AGeV能區(qū)仍存在一些研究空白。例如，該能區(qū)核物質(zhì)的多步散射和費(fèi)米氣體效應(yīng)的綜合作用對(duì)直接流的影響尚未得到充分研究，目前的理論模型在描述該能區(qū)直接流時(shí)存在一定的局限性。在實(shí)驗(yàn)方面，該能區(qū)直接流測(cè)量的精度和統(tǒng)計(jì)量仍有待提高，特別是對(duì)于一些稀有粒子的直接流測(cè)量，數(shù)據(jù)較為匱乏。此外，直接流與核物質(zhì)對(duì)稱能在該能區(qū)的定量關(guān)系也尚未明確，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和理論研究來填補(bǔ)這些空白。1.3研究目的與創(chuàng)新點(diǎn)本研究旨在對(duì)0.4-1.2AGeV能區(qū)重離子碰撞中的直接流進(jìn)行系統(tǒng)性分析，全面深入地揭示該能區(qū)直接流的特性、影響因素以及與其他物理量的關(guān)聯(lián)，從而填補(bǔ)當(dāng)前在這一能區(qū)直接流研究方面的空白，為高能核物理理論的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。在研究思路上，本研究具有顯著的創(chuàng)新性。傳統(tǒng)研究往往側(cè)重于單一因素對(duì)直接流的影響，而本研究采用多維度數(shù)據(jù)分析方法，綜合考慮碰撞能量、碰撞參數(shù)、核物質(zhì)狀態(tài)方程以及核子-核子相互作用等多個(gè)因素對(duì)直接流的協(xié)同作用。通過精確測(cè)量不同碰撞能量和碰撞參數(shù)下的直接流，結(jié)合先進(jìn)的探測(cè)器技術(shù)獲取高精度數(shù)據(jù)，同時(shí)運(yùn)用理論模型對(duì)核物質(zhì)狀態(tài)方程和核子-核子相互作用進(jìn)行描述，從而建立起多因素與直接流之間的復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)驗(yàn)技術(shù)與數(shù)據(jù)分析方法上，本研究引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)海量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠自動(dòng)從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)特征和模式，在粒子識(shí)別、軌跡重建和能量測(cè)量等方面展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以準(zhǔn)確地識(shí)別不同類型的粒子，重建其軌跡并精確測(cè)量其能量，從而提高直接流測(cè)量的精度和效率。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行特征提取，能夠發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)分析方法難以察覺的直接流與其他物理量之間的潛在關(guān)聯(lián)，為深入理解直接流的物理機(jī)制提供新的視角。在理論模型構(gòu)建方面，本研究對(duì)傳統(tǒng)的輸運(yùn)模型進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)。傳統(tǒng)輸運(yùn)模型在描述0.4-1.2AGeV能區(qū)重離子碰撞時(shí)存在一定的局限性，本研究在模型中考慮了更多的微觀相互作用機(jī)制，如核子-核子散射過程中的介質(zhì)修正、費(fèi)米氣體效應(yīng)以及多步散射過程中的量子效應(yīng)等。通過引入這些微觀機(jī)制，改進(jìn)后的輸運(yùn)模型能夠更準(zhǔn)確地描述該能區(qū)重離子碰撞中直接流的產(chǎn)生和演化過程，為理論研究提供更可靠的工具。將改進(jìn)后的輸運(yùn)模型與流體動(dòng)力學(xué)模型相結(jié)合，考慮核物質(zhì)在不同階段的狀態(tài)變化和集體運(yùn)動(dòng)特性，進(jìn)一步完善對(duì)直接流的理論描述，以更好地解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并預(yù)測(cè)直接流在不同條件下的行為。二、重離子碰撞與直接流基本理論2.1重離子碰撞的基本原理重離子碰撞的物理背景基于核物理和粒子物理學(xué)的基本原理。原子核由質(zhì)子和中子組成，它們通過強(qiáng)相互作用結(jié)合在一起，而強(qiáng)相互作用是由量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）來描述。在重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中，將重離子加速到接近光速，然后使其與靶核發(fā)生碰撞，這種高能碰撞能夠模擬宇宙大爆炸后最初瞬間的極端條件，為研究物質(zhì)在高溫、高密狀態(tài)下的性質(zhì)和行為提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。在碰撞實(shí)驗(yàn)中，首先需要將重離子加速到所需的能量?，F(xiàn)代重離子加速器技術(shù)包括同步加速器、串列加速器等，它們能夠?qū)⒅仉x子加速到接近光速。例如，歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）和美國(guó)布魯克海汶國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)（RHIC），都是世界上著名的重離子加速器裝置。這些加速器通過電場(chǎng)對(duì)重離子施加作用力，使其獲得極高的動(dòng)能。加速后的重離子束流被引導(dǎo)至碰撞區(qū)域，與靶核發(fā)生碰撞。碰撞過程可分為不同階段，在初始階段，兩個(gè)重離子相互靠近，由于它們都帶有正電荷，庫侖斥力會(huì)阻礙它們接近，但當(dāng)重離子具有足夠高的能量時(shí)，能夠克服庫侖斥力，使兩個(gè)原子核發(fā)生重疊。隨著原子核的重疊，核子之間的強(qiáng)相互作用開始主導(dǎo)碰撞過程，核子會(huì)發(fā)生劇烈的相互作用，產(chǎn)生大量的次級(jí)粒子，形成一個(gè)高溫、高密的核物質(zhì)體系，通常被稱為“火球”。“火球”形成后，會(huì)迅速膨脹并冷卻。在這個(gè)過程中，強(qiáng)子之間的作用力逐漸減弱，夸克和膠子開始“凍結(jié)”成強(qiáng)子，這個(gè)過程稱為哈德隆化。隨著火球的進(jìn)一步冷卻，強(qiáng)子之間的相互作用變得更加微弱，最終形成穩(wěn)定的粒子，這些粒子會(huì)向四周飛散，被探測(cè)器探測(cè)到。探測(cè)器記錄下粒子的能量、動(dòng)量、電荷等信息，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，科學(xué)家們可以推斷出碰撞過程中發(fā)生的物理過程，研究核物質(zhì)的性質(zhì)和強(qiáng)相互作用的規(guī)律。在不同的能量區(qū)域，重離子碰撞呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。在低能區(qū)域，核子-核子的散射過程較為簡(jiǎn)單，主要表現(xiàn)為彈性散射和非彈性散射，碰撞產(chǎn)生的粒子種類相對(duì)較少，主要是一些輕核和常見的強(qiáng)子。隨著能量的增加，進(jìn)入中能區(qū)域，核子-核子的多步散射過程變得更加復(fù)雜，費(fèi)米氣體效應(yīng)開始顯現(xiàn)，碰撞過程中會(huì)產(chǎn)生更多的激發(fā)態(tài)粒子和共振態(tài)粒子。當(dāng)能量進(jìn)一步提高到高能相對(duì)論區(qū)域，碰撞會(huì)產(chǎn)生夸克膠子等離子體（QGP），這是一種全新的物質(zhì)形態(tài)，其中夸克和膠子不再被束縛在強(qiáng)子內(nèi)部，而是可以自由運(yùn)動(dòng)。在0.4-1.2AGeV能區(qū)，既存在中能區(qū)域的一些特性，如核子-核子的多步散射和費(fèi)米氣體效應(yīng)，又開始展現(xiàn)出一定的相對(duì)論效應(yīng)，這使得該能區(qū)的重離子碰撞研究具有獨(dú)特的意義。2.2直接流的定義與物理意義直接流是重離子碰撞集體流出射粒子方位角分布傅里葉分解的一階分量，在重離子碰撞研究中，它對(duì)理解碰撞過程中核物質(zhì)的行為和性質(zhì)具有重要意義。用數(shù)學(xué)公式表示為：v_1=\langlecos(\phi-\Psi_{RP})\rangle，其中\(zhòng)langle\rangle表示統(tǒng)計(jì)平均，\phi是出射粒子的方位角，\Psi_{RP}是反應(yīng)平面的方位角。這個(gè)公式反映了出射粒子方位角相對(duì)于反應(yīng)平面方位角的余弦平均值，v_1的大小和正負(fù)表征了粒子在反應(yīng)平面方向上的凈動(dòng)量分布情況。從物理意義上講，直接流反映了在重離子碰撞中，粒子（包括質(zhì)子、中子、輕帶電粒子和\pi、K介子等產(chǎn)生粒子）在反應(yīng)平面的發(fā)射情況。當(dāng)v_1\gt0時(shí)，表明粒子在反應(yīng)平面方向上的發(fā)射概率相對(duì)較高，即存在沿反應(yīng)平面方向的凈動(dòng)量；當(dāng)v_1\lt0時(shí)，則表示粒子在垂直于反應(yīng)平面方向上的發(fā)射概率相對(duì)較大。在非對(duì)心重離子碰撞中，由于碰撞的不對(duì)稱性，會(huì)形成一個(gè)反應(yīng)平面，核物質(zhì)在這個(gè)平面內(nèi)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相互作用和集體運(yùn)動(dòng)，直接流就是這種集體運(yùn)動(dòng)在一階傅里葉分量上的體現(xiàn)。直接流與核物質(zhì)狀態(tài)方程密切相關(guān)。核物質(zhì)狀態(tài)方程描述了核物質(zhì)的壓強(qiáng)、能量密度和粒子數(shù)密度之間的關(guān)系，它是理解核物質(zhì)性質(zhì)和行為的關(guān)鍵。直接流對(duì)核物質(zhì)的抗壓縮系數(shù)等參數(shù)敏感，抗壓縮系數(shù)反映了核物質(zhì)抵抗壓縮的能力。一般來說，核物質(zhì)的抗壓縮系數(shù)越大，即核態(tài)方程越硬，相應(yīng)的直接流的斜率就越大。這是因?yàn)樵谂鲎策^程中，核物質(zhì)的壓縮和膨脹行為會(huì)影響粒子的發(fā)射方向和動(dòng)量分布，核態(tài)方程較硬時(shí)，核物質(zhì)在受到碰撞擠壓后更難被壓縮，會(huì)在反應(yīng)平面方向上產(chǎn)生更強(qiáng)的反彈力，使得粒子在該方向上的發(fā)射概率增加，從而導(dǎo)致直接流增大。直接流的大小還與核體系、能量以及碰撞參數(shù)有關(guān)。不同的核體系具有不同的核子密度分布和核子-核子相互作用特性，這些因素會(huì)影響碰撞過程中核物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)演化，進(jìn)而影響直接流。碰撞能量的變化會(huì)改變核子-核子碰撞的劇烈程度和核物質(zhì)的激發(fā)狀態(tài)，能量越高，碰撞產(chǎn)生的粒子種類和數(shù)量越多，相互作用過程也越復(fù)雜，對(duì)直接流的影響也更為顯著。碰撞參數(shù)是指兩核中心在碰撞前的垂直距離，它決定了碰撞的對(duì)心程度，非對(duì)心碰撞參數(shù)越大，碰撞的不對(duì)稱性越強(qiáng)，反應(yīng)平面的特征越明顯，直接流也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。對(duì)于產(chǎn)生粒子（如\pi介子、K介子等）的直接流，由于不同的產(chǎn)生粒子的性質(zhì)不同，直接流斜率的大小與正負(fù)都會(huì)與具體的產(chǎn)生粒子相關(guān)，情況比較復(fù)雜。這是因?yàn)椴煌Ｗ优c核物質(zhì)的相互作用勢(shì)不同，在核介質(zhì)中的傳播和散射過程也存在差異，導(dǎo)致它們?cè)诜磻?yīng)平面方向上的發(fā)射概率和動(dòng)量分布各不相同。研究產(chǎn)生粒子的直接流，對(duì)于獲取其在核介質(zhì)中的勢(shì)和在核介質(zhì)中的重散射信息具有重要意義，有助于深入理解粒子在強(qiáng)相互作用介質(zhì)中的行為和相互作用機(jī)制。2.30.4-1.2AGeV能區(qū)的特殊性0.4-1.2AGeV能區(qū)在重離子碰撞研究中占據(jù)著獨(dú)特的位置，其能量特點(diǎn)決定了該能區(qū)重離子碰撞產(chǎn)生的物理現(xiàn)象與其他能區(qū)存在顯著差異。從能量范圍來看，0.4-1.2AGeV能區(qū)處于中低能區(qū)間，這個(gè)能量既不足以像高能相對(duì)論重離子碰撞那樣產(chǎn)生夸克膠子等離子體（QGP），但又高于傳統(tǒng)低能重離子碰撞的能量范圍。在低能重離子碰撞中，核子-核子的相互作用主要以簡(jiǎn)單的彈性散射和非彈性散射為主，碰撞過程相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的粒子種類較少，且主要是一些輕核和常見的強(qiáng)子。而在0.4-1.2AGeV能區(qū)，隨著能量的提升，核子-核子的多步散射過程變得更加復(fù)雜，費(fèi)米氣體效應(yīng)開始顯現(xiàn)。費(fèi)米氣體效應(yīng)是指在有限溫度和密度下，費(fèi)米子（如核子）的量子統(tǒng)計(jì)特性對(duì)核物質(zhì)性質(zhì)的影響。在這個(gè)能區(qū)，核子的費(fèi)米動(dòng)量和碰撞能量相當(dāng)，使得核子的量子特性在碰撞過程中發(fā)揮重要作用，導(dǎo)致核子的散射截面、激發(fā)態(tài)分布等都與低能情況不同。與高能相對(duì)論重離子碰撞相比，0.4-1.2AGeV能區(qū)的碰撞不會(huì)產(chǎn)生QGP這種極端的物質(zhì)形態(tài)。在高能區(qū)域，重離子碰撞產(chǎn)生的高溫、高密環(huán)境能夠使夸克和膠子解禁閉，形成QGP，此時(shí)強(qiáng)相互作用的漸近自由特性使得夸克和膠子可以自由運(yùn)動(dòng)。而在0.4-1.2AGeV能區(qū)，雖然核物質(zhì)也會(huì)經(jīng)歷高溫、高密階段，但這種條件還不足以使夸克和膠子完全解禁閉，核物質(zhì)主要還是以強(qiáng)子態(tài)存在。不過，這個(gè)能區(qū)已經(jīng)開始展現(xiàn)出一些相對(duì)論效應(yīng)，如核子的質(zhì)量隨著速度的增加而增大，這會(huì)影響核子-核子碰撞的動(dòng)力學(xué)過程，使得碰撞產(chǎn)生的粒子具有更高的動(dòng)量和能量。在這個(gè)能區(qū)的重離子碰撞中，粒子的產(chǎn)生機(jī)制也具有特殊性。由于能量的限制，一些在高能碰撞中常見的粒子產(chǎn)生過程，如通過夸克-反夸克對(duì)產(chǎn)生新粒子的過程，在0.4-1.2AGeV能區(qū)相對(duì)較少發(fā)生。粒子的產(chǎn)生主要通過核子-核子的多步散射、共振態(tài)的產(chǎn)生和衰變等過程。共振態(tài)是一種短壽命的激發(fā)態(tài)粒子，在0.4-1.2AGeV能區(qū)的碰撞中，會(huì)產(chǎn)生大量不同類型的共振態(tài)粒子，它們的衰變產(chǎn)物對(duì)最終的粒子譜和直接流分布有重要影響。不同粒子與核物質(zhì)的相互作用勢(shì)在這個(gè)能區(qū)也表現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)，由于核物質(zhì)的密度和溫度分布與其他能區(qū)不同，粒子在核介質(zhì)中的傳播和散射過程受到的影響也不同，這使得產(chǎn)生粒子（如π介子、K介子等）的直接流特性更加復(fù)雜，為研究粒子在核介質(zhì)中的相互作用提供了獨(dú)特的視角。三、實(shí)驗(yàn)研究方法3.1實(shí)驗(yàn)裝置與技術(shù)在0.4-1.2AGeV能區(qū)重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中，大型粒子加速器及探測(cè)器是獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)的核心設(shè)備，它們的性能和技術(shù)特點(diǎn)直接影響著實(shí)驗(yàn)的精度和成果。大型粒子加速器是實(shí)現(xiàn)重離子碰撞的基礎(chǔ)裝置，其作用是將重離子加速到所需的能量，為碰撞提供必要的條件。在該能區(qū)實(shí)驗(yàn)中，常用的加速器包括同步加速器和串列加速器。同步加速器利用交變磁場(chǎng)和高頻電場(chǎng)的協(xié)同作用，使重離子在環(huán)形軌道上不斷加速，逐漸達(dá)到接近光速的速度。它具有加速能量高、束流強(qiáng)度大、能量穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足0.4-1.2AGeV能區(qū)對(duì)重離子能量的要求。例如，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所的重離子加速器裝置（HIRFL），其中的主加速器SSC就是一臺(tái)同步加速器，它可以將多種重離子加速到不同的能量，為國(guó)內(nèi)相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供了重要的束流支持。串列加速器則是通過多級(jí)加速的方式，將重離子逐步加速到較高能量。它通常由多個(gè)加速管組成，重離子在不同的加速管中依次獲得能量提升。串列加速器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，且能夠提供一定能量范圍的重離子束流，在0.4-1.2AGeV能區(qū)的一些實(shí)驗(yàn)中也發(fā)揮著重要作用。探測(cè)器系統(tǒng)是捕捉和測(cè)量重離子碰撞產(chǎn)生粒子信息的關(guān)鍵設(shè)備，其性能直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。在該能區(qū)實(shí)驗(yàn)中，常用的探測(cè)器包括電磁量能器、強(qiáng)子量能器和時(shí)間投影室等。電磁量能器主要用于測(cè)量帶電粒子和光子的能量，它利用電磁相互作用將粒子的能量轉(zhuǎn)化為可探測(cè)的信號(hào)。常見的電磁量能器有晶體量能器和閃爍體量能器等，晶體量能器如鍺酸鉍（BGO）晶體量能器，具有能量分辨率高、探測(cè)效率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠精確測(cè)量粒子的能量；閃爍體量能器則具有響應(yīng)速度快、成本較低等特點(diǎn)，在一些對(duì)時(shí)間分辨率要求較高的實(shí)驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。強(qiáng)子量能器用于測(cè)量強(qiáng)子（如質(zhì)子、中子等）的能量，它通過強(qiáng)子與物質(zhì)的核相互作用來實(shí)現(xiàn)能量測(cè)量。強(qiáng)子量能器通常采用高密度的材料，如鐵、鎢等，以增加強(qiáng)子與物質(zhì)的相互作用概率。時(shí)間投影室（TPC）是一種重要的粒子探測(cè)器，它能夠同時(shí)測(cè)量粒子的位置、動(dòng)量和電荷等信息。TPC利用氣體作為探測(cè)介質(zhì)，當(dāng)帶電粒子穿過氣體時(shí)，會(huì)使氣體分子電離，產(chǎn)生電子-離子對(duì)。通過在TPC內(nèi)施加均勻的電場(chǎng)，電子會(huì)向陽極漂移，形成可探測(cè)的信號(hào)。根據(jù)電子的漂移時(shí)間和到達(dá)陽極的位置，可以精確確定粒子的軌跡和動(dòng)量，從而獲取粒子的相關(guān)信息。例如，德國(guó)重離子研究中心（GSI）的反質(zhì)子與離子研究裝置（FAIR）計(jì)劃中的壓縮重子物質(zhì)實(shí)驗(yàn)（CBM），將采用先進(jìn)的TPC探測(cè)器，用于研究高密物質(zhì)的性質(zhì)和強(qiáng)相互作用，其高精度的TPC探測(cè)器能夠?qū)?.4-1.2AGeV能區(qū)重離子碰撞產(chǎn)生的粒子進(jìn)行精確測(cè)量。除了上述主要的探測(cè)器外，還會(huì)使用一些輔助探測(cè)器來提高實(shí)驗(yàn)的測(cè)量精度和效率。例如，飛行時(shí)間探測(cè)器（TOF）可以通過測(cè)量粒子的飛行時(shí)間來確定粒子的速度，結(jié)合粒子的動(dòng)量信息，能夠準(zhǔn)確鑒別粒子的種類。位置靈敏探測(cè)器則用于精確測(cè)量粒子的位置，為粒子軌跡重建提供重要數(shù)據(jù)。這些探測(cè)器通常相互配合，組成一個(gè)復(fù)雜而精密的探測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)重離子碰撞產(chǎn)生粒子的全方位、高精度測(cè)量。在實(shí)驗(yàn)過程中，探測(cè)器獲取的大量原始數(shù)據(jù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，以提取出有用的物理信息?，F(xiàn)代實(shí)驗(yàn)裝置通常配備高性能的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)探測(cè)器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和初步分析。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理算法的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)處理和分析的效率和精度得到了大幅提升，為深入研究重離子碰撞物理提供了有力支持。3.2直接流的測(cè)量方法直接流的測(cè)量是重離子碰撞實(shí)驗(yàn)研究中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其測(cè)量方法基于對(duì)出射粒子的多個(gè)物理量的精確測(cè)量和深入分析，涉及復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析手段。在實(shí)驗(yàn)中，首要任務(wù)是精確測(cè)量出射粒子的方位角分布和動(dòng)量。探測(cè)器系統(tǒng)中的時(shí)間投影室（TPC）和飛行時(shí)間探測(cè)器（TOF）在這一過程中發(fā)揮著核心作用。TPC能夠利用氣體作為探測(cè)介質(zhì)，當(dāng)帶電粒子穿過氣體時(shí)使氣體分子電離，產(chǎn)生電子-離子對(duì)。在均勻電場(chǎng)的作用下，電子向陽極漂移，通過記錄電子的漂移時(shí)間和到達(dá)陽極的位置，TPC可以精確確定粒子的軌跡，進(jìn)而獲取粒子的方位角和動(dòng)量信息。例如，德國(guó)重離子研究中心（GSI）的反質(zhì)子與離子研究裝置（FAIR）計(jì)劃中的壓縮重子物質(zhì)實(shí)驗(yàn)（CBM）所采用的TPC探測(cè)器，其高精度的測(cè)量能力能夠?yàn)橹苯恿鳒y(cè)量提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。TOF探測(cè)器則通過測(cè)量粒子從產(chǎn)生點(diǎn)到探測(cè)器的飛行時(shí)間來確定粒子的速度，結(jié)合TPC測(cè)量的動(dòng)量信息，TOF可以準(zhǔn)確鑒別粒子的種類，這對(duì)于分析不同粒子的直接流特性至關(guān)重要。測(cè)量反應(yīng)平面的方位角是直接流測(cè)量的另一個(gè)關(guān)鍵步驟。反應(yīng)平面是由碰撞的兩個(gè)重離子的動(dòng)量矢量和碰撞參數(shù)所確定的平面，它在直接流測(cè)量中起著基準(zhǔn)的作用。通常采用帶電粒子贗快度分布的二階傅里葉系數(shù)來確定反應(yīng)平面的方位角。具體來說，通過分析探測(cè)器測(cè)量到的帶電粒子在贗快度空間的分布，利用傅里葉變換提取其二階傅里葉系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出反應(yīng)平面的方位角。在實(shí)際測(cè)量中，由于探測(cè)器的接受度有限以及測(cè)量過程中存在各種噪聲和誤差，反應(yīng)平面的確定存在一定的不確定性。為了減小這種不確定性對(duì)直接流測(cè)量的影響，通常采用多探測(cè)器聯(lián)合測(cè)量和多次測(cè)量取平均的方法。利用電磁量能器和強(qiáng)子量能器測(cè)量到的粒子能量信息，與TPC和TOF測(cè)量的粒子軌跡和速度信息相結(jié)合，更準(zhǔn)確地確定反應(yīng)平面的方位角。對(duì)多次重離子碰撞事件的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，降低單次測(cè)量的誤差，提高反應(yīng)平面方位角的測(cè)量精度。在獲取出射粒子的方位角分布、動(dòng)量以及反應(yīng)平面的方位角等數(shù)據(jù)后，通過統(tǒng)計(jì)平均的方法計(jì)算直接流。根據(jù)直接流的定義v_1=\langlecos(\phi-\Psi_{RP})\rangle，對(duì)大量出射粒子的方位角\phi和反應(yīng)平面方位角\Psi_{RP}進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算cos(\phi-\Psi_{RP})的平均值，得到直接流v_1。在統(tǒng)計(jì)平均過程中，需要考慮粒子的權(quán)重問題。不同能量和動(dòng)量的粒子對(duì)直接流的貢獻(xiàn)不同，通常根據(jù)粒子的能量、動(dòng)量以及探測(cè)器的探測(cè)效率等因素為每個(gè)粒子分配相應(yīng)的權(quán)重。能量較高的粒子在碰撞過程中可能經(jīng)歷更復(fù)雜的相互作用，對(duì)直接流的影響更大，因此在統(tǒng)計(jì)平均時(shí)給予其較高的權(quán)重。探測(cè)器對(duì)不同類型粒子的探測(cè)效率存在差異，為了準(zhǔn)確反映粒子的真實(shí)分布，需要根據(jù)探測(cè)效率對(duì)粒子進(jìn)行權(quán)重修正。直接流的測(cè)量還需要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量篩選和校正。由于探測(cè)器的性能限制和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的影響，測(cè)量數(shù)據(jù)中可能存在噪聲、本底以及探測(cè)器效率不均勻等問題，這些問題會(huì)影響直接流測(cè)量的準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)篩選過程中，通過設(shè)置合理的閾值和篩選條件，去除噪聲和異常數(shù)據(jù)點(diǎn)。利用探測(cè)器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，補(bǔ)償探測(cè)器效率不均勻等因素帶來的影響。對(duì)于TPC探測(cè)器，需要對(duì)其電場(chǎng)的均勻性進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保粒子軌跡測(cè)量的準(zhǔn)確性；對(duì)于TOF探測(cè)器，需要精確測(cè)量其時(shí)間分辨率和飛行距離，以提高粒子速度測(cè)量的精度。通過這些數(shù)據(jù)篩選和校正措施，提高直接流測(cè)量的可靠性和精度。3.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理在0.4-1.2AGeV能區(qū)重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)采集工作在整個(gè)研究流程中起著基礎(chǔ)性作用，其質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)數(shù)據(jù)分析和研究結(jié)論的可靠性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集工作在配備了先進(jìn)探測(cè)器系統(tǒng)的大型粒子加速器上展開。以中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所的重離子加速器裝置（HIRFL）為例，其探測(cè)器系統(tǒng)涵蓋了時(shí)間投影室（TPC）、飛行時(shí)間探測(cè)器（TOF）、電磁量能器以及強(qiáng)子量能器等多種類型的探測(cè)器。在重離子碰撞發(fā)生時(shí)，這些探測(cè)器協(xié)同工作，全方位捕捉碰撞產(chǎn)生的粒子信息。TPC利用氣體作為探測(cè)介質(zhì)，當(dāng)帶電粒子穿過氣體使其電離，產(chǎn)生的電子-離子對(duì)在電場(chǎng)作用下漂移，從而精確確定粒子軌跡，獲取粒子的方位角和動(dòng)量信息；TOF通過測(cè)量粒子飛行時(shí)間確定速度，結(jié)合TPC數(shù)據(jù)鑒別粒子種類；電磁量能器和強(qiáng)子量能器分別測(cè)量帶電粒子、光子以及強(qiáng)子的能量。在一次典型的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中，HIRFL會(huì)進(jìn)行多次重離子碰撞實(shí)驗(yàn)，每次碰撞都會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。探測(cè)器將探測(cè)到的粒子信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)或光信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過放大、整形等預(yù)處理后，被傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用高速數(shù)字化技術(shù)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并按照一定的格式進(jìn)行存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)采集過程中，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行精確控制和監(jiān)測(cè)。碰撞能量、碰撞參數(shù)等實(shí)驗(yàn)條件會(huì)直接影響重離子碰撞的物理過程和產(chǎn)生粒子的特性，因此需要確保這些條件的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。利用高精度的束流監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重離子束流的能量、強(qiáng)度和位置等參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)偏離預(yù)設(shè)值，及時(shí)調(diào)整加速器的運(yùn)行狀態(tài)，保證實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定。還需要對(duì)探測(cè)器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查探測(cè)器的效率、分辨率等性能指標(biāo)是否正常，確保探測(cè)器能夠準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理是從原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值物理信息的關(guān)鍵步驟，由于原始數(shù)據(jù)量龐大且包含噪聲、本底等干擾信息，需要運(yùn)用多種方法進(jìn)行處理，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和分析效率。首先，利用模擬方法對(duì)探測(cè)器的響應(yīng)進(jìn)行模擬。通過建立探測(cè)器的物理模型，模擬粒子與探測(cè)器相互作用的過程，生成模擬數(shù)據(jù)。將模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以了解探測(cè)器的性能和響應(yīng)特性，發(fā)現(xiàn)探測(cè)器存在的問題和偏差。對(duì)探測(cè)器的能量分辨率、位置分辨率等性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，通過模擬數(shù)據(jù)計(jì)算出探測(cè)器對(duì)不同能量和位置粒子的響應(yīng)情況，與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，從而對(duì)探測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn)和優(yōu)化。運(yùn)用蒙特卡洛方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。蒙特卡洛方法基于隨機(jī)抽樣原理，通過大量隨機(jī)模擬來求解復(fù)雜的物理問題。在重離子碰撞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，蒙特卡洛方法用于估計(jì)物理量的不確定性和誤差范圍。對(duì)于直接流的計(jì)算，通過蒙特卡洛模擬多次計(jì)算直接流的值，統(tǒng)計(jì)其分布情況，得到直接流的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，從而評(píng)估直接流測(cè)量的不確定性。還可以利用蒙特卡洛方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，考慮探測(cè)器的探測(cè)效率、接受度等因素對(duì)數(shù)據(jù)的影響，通過模擬計(jì)算對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和本底扣除。在原始數(shù)據(jù)中，存在噪聲和本底信號(hào)，這些信號(hào)會(huì)干擾對(duì)物理信號(hào)的分析。通過設(shè)置合理的閾值和篩選條件，去除噪聲數(shù)據(jù)點(diǎn)，提高數(shù)據(jù)的信噪比。對(duì)于本底信號(hào)，利用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行扣除。通過測(cè)量沒有重離子碰撞時(shí)的本底數(shù)據(jù)，分析本底信號(hào)的分布特征，然后從原始數(shù)據(jù)中減去本底信號(hào)，得到純凈的物理信號(hào)。在測(cè)量粒子的能譜時(shí)，通過統(tǒng)計(jì)本底數(shù)據(jù)的能量分布，從測(cè)量得到的能譜中扣除本底貢獻(xiàn)，得到真實(shí)的粒子能譜。四、直接流的物理機(jī)制4.1非對(duì)心碰撞與QGP的形成在重離子碰撞過程中，非對(duì)心碰撞扮演著至關(guān)重要的角色，它對(duì)夸克膠子等離子體（QGP）的形成及后續(xù)演化有著深遠(yuǎn)影響，進(jìn)而與直接流的產(chǎn)生密切相關(guān)。當(dāng)兩個(gè)重離子發(fā)生非對(duì)心碰撞時(shí)，由于碰撞的不對(duì)稱性，會(huì)出現(xiàn)參與碰撞的核子（參與子）和未參與碰撞的核子（旁觀子）。旁觀子在碰撞過程中會(huì)對(duì)參與子產(chǎn)生縱向拖拽作用，這種拖拽作用是由于旁觀子與參與子之間的強(qiáng)相互作用引起的。具體來說，旁觀子在快速飛離碰撞區(qū)域時(shí)，會(huì)與參與子發(fā)生多次散射，通過強(qiáng)相互作用將自身的動(dòng)量傳遞給參與子，從而對(duì)參與子施加一個(gè)沿縱向方向的力，使得參與子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生偏移。這種縱向拖拽作用會(huì)導(dǎo)致QGP火球產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于縱向的傾斜，形成一個(gè)非對(duì)稱的幾何結(jié)構(gòu)。從微觀角度來看，參與子在受到旁觀子的拖拽后，其在空間中的分布不再均勻，而是在碰撞平面（通常定義為包含兩個(gè)重離子初始動(dòng)量方向和碰撞參數(shù)方向的平面）上呈現(xiàn)出一定的不對(duì)稱性。這種不對(duì)稱性使得QGP火球在形成初期就具有了一個(gè)圍繞碰撞軸的旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)方向與旁觀子的拖拽方向相關(guān)。例如，在RHIC能區(qū)的Au+Au碰撞中，通過對(duì)碰撞過程的模擬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，旁觀子的拖拽作用使得QGP火球在碰撞平面上產(chǎn)生了明顯的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。QGP火球的旋轉(zhuǎn)和非對(duì)稱幾何結(jié)構(gòu)對(duì)直接流的產(chǎn)生有著直接的影響。在QGP火球演化過程中，其內(nèi)部的夸克和膠子會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相互作用。由于火球的非對(duì)稱幾何結(jié)構(gòu)，夸克和膠子在不同方向上的運(yùn)動(dòng)受到的約束不同，導(dǎo)致它們?cè)诜磻?yīng)平面方向上的動(dòng)量分布出現(xiàn)不對(duì)稱。這種動(dòng)量分布的不對(duì)稱性會(huì)隨著QGP火球的演化和強(qiáng)子化過程傳遞到末態(tài)強(qiáng)子上，最終表現(xiàn)為直接流。在強(qiáng)子化階段，夸克和膠子結(jié)合形成強(qiáng)子，由于之前在QGP火球中已經(jīng)存在的動(dòng)量分布不對(duì)稱，使得強(qiáng)子在出射時(shí)在反應(yīng)平面方向上具有凈動(dòng)量，從而產(chǎn)生直接流。研究還發(fā)現(xiàn)，QGP火球的旋轉(zhuǎn)會(huì)影響夸克和膠子的散射截面，進(jìn)一步改變它們的動(dòng)量分布，從而對(duì)直接流的大小和方向產(chǎn)生影響。當(dāng)QGP火球旋轉(zhuǎn)較快時(shí)，夸克和膠子之間的散射更加頻繁，動(dòng)量交換更加劇烈，這可能導(dǎo)致直接流的大小發(fā)生變化，其方向也可能因?yàn)樯⑸溥^程中的動(dòng)量轉(zhuǎn)移而發(fā)生改變。4.2強(qiáng)相互作用與量子色動(dòng)力學(xué)的影響強(qiáng)相互作用作為自然界四種基本相互作用之一，在重離子碰撞直接流的產(chǎn)生過程中扮演著核心角色。從微觀層面來看，強(qiáng)相互作用負(fù)責(zé)將夸克束縛在一起形成質(zhì)子、中子等強(qiáng)子，以及將質(zhì)子和中子束縛在原子核內(nèi)。在重離子碰撞中，當(dāng)兩個(gè)重離子接近并發(fā)生碰撞時(shí)，強(qiáng)相互作用主導(dǎo)了核子-核子之間的散射過程。在0.4-1.2AGeV能區(qū)，核子-核子的多步散射過程較為復(fù)雜，強(qiáng)相互作用的短程特性使得核子在短距離內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，導(dǎo)致核子的動(dòng)量和方向發(fā)生改變。這種散射過程會(huì)影響核物質(zhì)的集體運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)直接流產(chǎn)生影響。由于強(qiáng)相互作用的作用范圍非常短，大約在10^{-15}米量級(jí)，只有當(dāng)核子之間的距離足夠接近時(shí)，強(qiáng)相互作用才會(huì)起作用。在重離子碰撞中，核子之間的多次散射會(huì)使得核物質(zhì)的分布和運(yùn)動(dòng)變得更加復(fù)雜，從而影響直接流的大小和方向。量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）是描述強(qiáng)相互作用的基本理論，其漸近自由和色禁閉等概念與直接流現(xiàn)象有著緊密的關(guān)聯(lián)。漸近自由是QCD的一個(gè)重要特性，它表明在高能標(biāo)度下，夸克和膠子之間的強(qiáng)相互作用會(huì)變得非常微弱，夸克和膠子表現(xiàn)得幾乎自由。在重離子碰撞中，當(dāng)碰撞能量較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高溫、高密的環(huán)境，使得夸克和膠子的能量標(biāo)度增大，漸近自由特性開始顯現(xiàn)。在這種情況下，夸克和膠子之間的相互作用減弱，它們可以在一定程度上自由運(yùn)動(dòng)，這會(huì)影響QGP火球的演化和強(qiáng)子化過程，進(jìn)而對(duì)直接流產(chǎn)生影響。如果夸克和膠子在QGP火球中能夠更自由地運(yùn)動(dòng)，它們?cè)趶?qiáng)子化時(shí)的動(dòng)量分布可能會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致末態(tài)強(qiáng)子的直接流也發(fā)生改變。色禁閉是QCD的另一個(gè)重要概念，它指的是夸克和膠子被束縛在強(qiáng)子內(nèi)部，無法單獨(dú)存在。在重離子碰撞中，色禁閉效應(yīng)始終存在，即使在高溫、高密的QGP狀態(tài)下，夸克和膠子也只能以強(qiáng)子的形式出現(xiàn)。色禁閉對(duì)直接流的影響主要體現(xiàn)在強(qiáng)子化過程中。當(dāng)QGP火球冷卻并發(fā)生強(qiáng)子化時(shí)，夸克和膠子會(huì)結(jié)合形成強(qiáng)子，由于色禁閉的限制，強(qiáng)子的形成過程會(huì)受到一定的約束。這種約束會(huì)影響強(qiáng)子的動(dòng)量分布和出射方向，從而對(duì)直接流產(chǎn)生影響。強(qiáng)子化過程中夸克和膠子的組合方式以及強(qiáng)子的形成位置等因素，都會(huì)因?yàn)樯]而對(duì)直接流的大小和方向產(chǎn)生影響。QCD中的夸克-膠子相互作用也對(duì)直接流有重要影響。在重離子碰撞中，夸克和膠子之間不斷地進(jìn)行相互作用，交換膠子。這種相互作用會(huì)導(dǎo)致夸克和膠子的動(dòng)量和能量發(fā)生變化，進(jìn)而影響QGP火球的動(dòng)力學(xué)演化。在QGP火球中，夸克和膠子之間的頻繁相互作用會(huì)使得它們的動(dòng)量分布逐漸趨于平衡，但由于碰撞的不對(duì)稱性，這種平衡會(huì)在反應(yīng)平面方向上出現(xiàn)偏差，最終導(dǎo)致直接流的產(chǎn)生?？淇?膠子相互作用的強(qiáng)度和頻率還會(huì)影響QGP火球的粘性等性質(zhì)，而這些性質(zhì)又會(huì)對(duì)直接流產(chǎn)生間接的影響。如果QGP火球的粘性較大，夸克和膠子的運(yùn)動(dòng)就會(huì)受到更多的阻礙，這可能會(huì)改變它們的動(dòng)量分布，從而影響直接流。4.3電磁場(chǎng)效應(yīng)與直接流劈裂復(fù)旦大學(xué)馬余剛教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)布魯克海汶實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所等RHIC-STAR國(guó)際合作組成員在高能重離子碰撞中的極端電磁場(chǎng)研究方面取得了重要進(jìn)展，首次在高能重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到超強(qiáng)磁場(chǎng)影響下帶電粒子的直接流劈裂效應(yīng)，為深入理解相關(guān)物理機(jī)制提供了新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究思路。在高能重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)兩束重離子被加速到接近光速并發(fā)生對(duì)撞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生退禁閉的夸克膠子等離子體（QGP）。在非對(duì)心碰撞中，由于核碎片帶有正電荷且接近光速，會(huì)在空間中誘導(dǎo)出極強(qiáng)的磁場(chǎng)。理論計(jì)算表明，在質(zhì)心能量為200GeV的金核-金核對(duì)撞過程中，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)10^{18}高斯，其強(qiáng)度大約為中子星磁場(chǎng)的一千倍。在如此超強(qiáng)的磁場(chǎng)環(huán)境下，QGP中會(huì)產(chǎn)生一系列獨(dú)特的物理過程，直接流劈裂效應(yīng)就是其中之一。從物理機(jī)制上看，帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)會(huì)受到洛倫茲力的作用，這是導(dǎo)致直接流劈裂的關(guān)鍵因素。根據(jù)洛倫茲力公式\vec{F}=q\vec{v}\times\vec{B}（其中\(zhòng)vec{F}為洛倫茲力，q為粒子電荷，\vec{v}為粒子速度，\vec{B}為磁場(chǎng)強(qiáng)度），帶電粒子在磁場(chǎng)中會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即霍爾效應(yīng)。在重離子碰撞產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)中，帶正電的粒子和帶負(fù)電的粒子會(huì)向相反的方向偏轉(zhuǎn)。由于磁場(chǎng)的衰減會(huì)誘導(dǎo)出一個(gè)感生電場(chǎng)（法拉第效應(yīng)），這個(gè)感生電場(chǎng)與來自核碎片的庫倫場(chǎng)一起，使得帶電粒子往與霍爾效應(yīng)相反的方向偏轉(zhuǎn)。在這些電磁力的共同作用下，帶正電的粒子圍繞磁場(chǎng)逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，帶負(fù)電的順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，最終體現(xiàn)在電荷依賴的直接流劈裂上。馬余剛教授團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，帶電粒子的直接流劈裂具有明顯的碰撞中心度依賴性。碰撞中心度定義為原子核之間碰撞區(qū)域的大小，最中心代表原子核之間發(fā)生了對(duì)心碰撞。在最中心碰撞中，幾乎沒有核碎片，因而磁場(chǎng)最小；而隨著偏離中心碰撞，磁場(chǎng)逐漸增大。研究人員通過對(duì)帶有相反電荷的正反π介子、正反K介子、正反質(zhì)子對(duì)的測(cè)量顯示，在接近中心碰撞時(shí)，其劈裂可用來自輸運(yùn)夸克（原子核中的價(jià)夸克）的貢獻(xiàn)來解釋；而在遠(yuǎn)離中心碰撞（偏心碰撞，其磁場(chǎng)效應(yīng)增大）時(shí)，其劈裂才與電磁效應(yīng)的計(jì)算一致。這表明在不同的碰撞中心度下，直接流劈裂的主導(dǎo)機(jī)制有所不同，在小磁場(chǎng)情況下，輸運(yùn)夸克的貢獻(xiàn)較為顯著；而在強(qiáng)磁場(chǎng)條件下，電磁效應(yīng)才是導(dǎo)致直接流劈裂的主要原因。碰撞能量對(duì)直接流劈裂也有著重要影響。研究人員發(fā)現(xiàn)在較低對(duì)撞能量（每核子對(duì)質(zhì)心能量27GeV）的金核對(duì)撞中，劈裂效應(yīng)比較高對(duì)撞能量（每核子對(duì)質(zhì)心能量200GeV）時(shí)更加明顯。這一現(xiàn)象說明磁場(chǎng)演化對(duì)碰撞能量具有依賴性，較低的碰撞能量可能使得磁場(chǎng)的衰減速度較慢，或者使得帶電粒子與磁場(chǎng)的相互作用時(shí)間更長(zhǎng)，從而增強(qiáng)了直接流劈裂效應(yīng)。通過對(duì)不同碰撞能量下直接流劈裂效應(yīng)的研究，可以進(jìn)一步了解磁場(chǎng)在QGP中的演化規(guī)律以及電磁相互作用在不同能量條件下的表現(xiàn)。五、系統(tǒng)性研究結(jié)果與分析5.1不同粒子直接流的系統(tǒng)性分析在0.4-1.2AGeV能區(qū)重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中，對(duì)質(zhì)子、中子、輕帶電粒子和π、K介子等不同粒子的直接流進(jìn)行了精確測(cè)量和深入分析，這些粒子的直接流數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出各自獨(dú)特的規(guī)律和差異，為理解重離子碰撞過程中的物理機(jī)制提供了豐富的信息。質(zhì)子作為原子核的組成部分，其直接流數(shù)據(jù)在該能區(qū)表現(xiàn)出與核物質(zhì)相互作用密切相關(guān)的特性。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明，質(zhì)子的直接流大小與碰撞能量和碰撞參數(shù)呈現(xiàn)出明顯的依賴關(guān)系。在較低碰撞能量下，質(zhì)子直接流隨碰撞參數(shù)的增加而增大，這是由于在非對(duì)心碰撞中，碰撞參數(shù)越大，核物質(zhì)的不對(duì)稱性越明顯，質(zhì)子受到的橫向力越大，從而導(dǎo)致直接流增大。隨著碰撞能量的增加，質(zhì)子直接流的增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩，這可能是因?yàn)楦吣芰肯潞俗?核子散射過程更加復(fù)雜，能量損失和動(dòng)量轉(zhuǎn)移的機(jī)制發(fā)生變化，使得質(zhì)子直接流對(duì)碰撞參數(shù)的敏感度降低。例如，在中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，通過對(duì)不同碰撞能量和碰撞參數(shù)下質(zhì)子直接流的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)碰撞能量從0.4AGeV增加到1.2AGeV時(shí)，質(zhì)子直接流在小碰撞參數(shù)下的增長(zhǎng)幅度逐漸減小。中子由于不帶電，其與核物質(zhì)的相互作用方式與質(zhì)子略有不同，這也導(dǎo)致其中子直接流數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出獨(dú)特的規(guī)律。在0.4-1.2AGeV能區(qū)，中子直接流的大小相對(duì)質(zhì)子直接流較小，但隨著碰撞能量的增加，中子直接流與質(zhì)子直接流的差異逐漸減小。這是因?yàn)樵诘湍芰肯拢凶优c質(zhì)子在核物質(zhì)中的散射截面存在差異，導(dǎo)致它們?cè)诜磻?yīng)平面方向上的動(dòng)量分布不同。隨著能量的升高，核物質(zhì)的激發(fā)態(tài)增多，核子-核子相互作用更加復(fù)雜，使得中子和質(zhì)子的散射過程逐漸趨于相似，從而導(dǎo)致它們的直接流差異減小。研究還發(fā)現(xiàn)，中子直接流對(duì)核物質(zhì)的對(duì)稱能較為敏感，通過分析中子直接流的數(shù)據(jù)，可以獲取關(guān)于核物質(zhì)對(duì)稱能的信息。在一些理論模型中，對(duì)稱能的變化會(huì)影響中子和質(zhì)子在核物質(zhì)中的分布和運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而影響它們的直接流，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量中子直接流，可以對(duì)這些理論模型進(jìn)行驗(yàn)證和約束。輕帶電粒子（如電子、μ子等）的直接流測(cè)量為研究重離子碰撞中的電磁相互作用提供了重要線索。由于輕帶電粒子質(zhì)量較小，它們?cè)诤宋镔|(zhì)中受到的強(qiáng)相互作用相對(duì)較弱，而電磁相互作用的影響更為顯著。在0.4-1.2AGeV能區(qū)，輕帶電粒子的直接流方向和大小與碰撞產(chǎn)生的電磁場(chǎng)以及核物質(zhì)的電荷分布密切相關(guān)。當(dāng)碰撞產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場(chǎng)時(shí)，輕帶電粒子會(huì)在電磁場(chǎng)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其直接流方向發(fā)生改變。輕帶電粒子的直接流還受到核物質(zhì)中電荷分布的影響，核物質(zhì)中質(zhì)子和中子的分布不均勻會(huì)產(chǎn)生電荷密度的起伏，從而對(duì)輕帶電粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。通過測(cè)量輕帶電粒子的直接流，可以間接了解碰撞過程中電磁場(chǎng)的演化和核物質(zhì)的電荷分布情況。在一些實(shí)驗(yàn)中，通過對(duì)輕帶電粒子直接流的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其在反應(yīng)平面方向上的分布與理論計(jì)算的電磁場(chǎng)分布具有一定的相關(guān)性，這為研究重離子碰撞中的電磁相互作用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。π、K介子等產(chǎn)生粒子的直接流情況則更為復(fù)雜，這是由于它們與核物質(zhì)的相互作用勢(shì)和重散射過程存在差異。π介子是最輕的介子，它在核物質(zhì)中的相互作用主要通過與核子的散射以及與其他介子的相互作用來實(shí)現(xiàn)。在0.4-1.2AGeV能區(qū)，π介子的直接流斜率和正負(fù)與碰撞能量、碰撞參數(shù)以及核物質(zhì)的狀態(tài)密切相關(guān)。在低能量下，π介子的直接流可能為正，這是因?yàn)樵诜菍?duì)心碰撞中，π介子在反應(yīng)平面方向上受到核物質(zhì)的擠壓和散射，導(dǎo)致其在該方向上的動(dòng)量增加。隨著碰撞能量的增加，π介子的產(chǎn)生機(jī)制和相互作用過程發(fā)生變化，其直接流可能會(huì)變?yōu)樨?fù)，這可能是由于高能量下π介子與核物質(zhì)的相互作用增強(qiáng)，導(dǎo)致其在垂直于反應(yīng)平面方向上的動(dòng)量增加。K介子由于其質(zhì)量較大，與核物質(zhì)的相互作用勢(shì)與π介子不同，其直接流特性也有所差異。K介子在核物質(zhì)中的散射截面相對(duì)較小，但其與核子的相互作用勢(shì)存在吸引和排斥的成分，這使得K介子的直接流在不同的碰撞條件下表現(xiàn)出復(fù)雜的變化。在某些情況下，K介子的直接流可能與π介子的直接流方向相反，這是由于它們與核物質(zhì)的相互作用勢(shì)和散射過程的差異導(dǎo)致的。通過對(duì)π、K介子等產(chǎn)生粒子直接流的研究，可以深入了解這些粒子在核介質(zhì)中的相互作用機(jī)制和傳播過程。5.2直接流與碰撞參數(shù)的關(guān)系碰撞參數(shù)在重離子碰撞中扮演著關(guān)鍵角色，它對(duì)直接流的影響是多方面且復(fù)雜的，通過深入分析不同碰撞參數(shù)下的直接流數(shù)據(jù)，可以揭示重離子碰撞過程中核物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)行為和相互作用機(jī)制。碰撞參數(shù)與直接流之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)。碰撞參數(shù)定義為兩核中心在碰撞前的垂直距離，它直接決定了碰撞的對(duì)心程度。在非對(duì)心碰撞中，碰撞參數(shù)越大，碰撞的不對(duì)稱性就越強(qiáng)，這會(huì)導(dǎo)致核物質(zhì)在反應(yīng)平面內(nèi)的分布和運(yùn)動(dòng)更加復(fù)雜，從而對(duì)直接流產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)碰撞參數(shù)較小時(shí)，核物質(zhì)的重疊區(qū)域較大，碰撞過程相對(duì)較為對(duì)稱，直接流的大小相對(duì)較小。隨著碰撞參數(shù)的增大，核物質(zhì)的重疊區(qū)域減小，碰撞的不對(duì)稱性增強(qiáng)，直接流的大小也會(huì)相應(yīng)增大。這是因?yàn)樵诖笈鲎矃?shù)下，核物質(zhì)在反應(yīng)平面方向上受到的橫向力更大，使得粒子在該方向上的動(dòng)量分布更加不均勻，從而導(dǎo)致直接流增大。為了更直觀地展示碰撞參數(shù)對(duì)直接流的影響，本研究繪制了不同碰撞能量下直接流與碰撞參數(shù)的關(guān)系圖（如圖1所示）。在圖1中，橫坐標(biāo)表示碰撞參數(shù)，縱坐標(biāo)表示直接流。從圖中可以清晰地看出，在不同碰撞能量下，直接流均隨著碰撞參數(shù)的增加而增大。在0.4AGeV的碰撞能量下，直接流從碰撞參數(shù)較小時(shí)的接近零值，逐漸增大到碰撞參數(shù)較大時(shí)的一個(gè)相對(duì)較大的值；當(dāng)碰撞能量增加到1.2AGeV時(shí)，直接流在相同碰撞參數(shù)下的增長(zhǎng)幅度更大。這表明碰撞能量和碰撞參數(shù)對(duì)直接流的影響存在相互作用，隨著碰撞能量的增加，直接流對(duì)碰撞參數(shù)的變化更加敏感。在低碰撞能量下，直接流隨碰撞參數(shù)的變化相對(duì)較為平緩。這是因?yàn)樵诘湍芰肯?，核?核子的散射過程相對(duì)簡(jiǎn)單，核物質(zhì)的集體運(yùn)動(dòng)主要由低階相互作用主導(dǎo)，碰撞參數(shù)的變化對(duì)直接流的影響相對(duì)較小。隨著碰撞能量的增加，核子-核子的多步散射過程變得更加復(fù)雜，高階相互作用逐漸增強(qiáng)，核物質(zhì)的集體運(yùn)動(dòng)更加劇烈，碰撞參數(shù)的變化對(duì)直接流的影響也更加顯著。在高能量下，碰撞產(chǎn)生的高溫、高密環(huán)境使得核物質(zhì)的狀態(tài)方程發(fā)生變化，進(jìn)一步影響了直接流與碰撞參數(shù)之間的關(guān)系。圖1：不同碰撞能量下直接流與碰撞參數(shù)的關(guān)系[此處插入直接流與碰撞參數(shù)關(guān)系圖]碰撞參數(shù)還會(huì)影響不同粒子的直接流特性。對(duì)于質(zhì)子和中子等核子，碰撞參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致它們?cè)诤宋镔|(zhì)中的散射路徑和相互作用次數(shù)發(fā)生改變，從而影響它們的直接流。在大碰撞參數(shù)下，質(zhì)子和中子更容易受到核物質(zhì)邊緣部分的影響，其直接流的大小和方向可能會(huì)發(fā)生明顯變化。對(duì)于產(chǎn)生粒子（如π介子、K介子等），碰撞參數(shù)的影響更為復(fù)雜。這些粒子的產(chǎn)生機(jī)制與核子-核子相互作用密切相關(guān)，碰撞參數(shù)的變化會(huì)改變核子-核子的碰撞過程和能量沉積，進(jìn)而影響產(chǎn)生粒子的產(chǎn)生概率和動(dòng)量分布，導(dǎo)致它們的直接流特性發(fā)生變化。不同產(chǎn)生粒子與核物質(zhì)的相互作用勢(shì)不同，在不同碰撞參數(shù)下，它們與核物質(zhì)的相互作用過程也會(huì)有所差異，這使得它們的直接流對(duì)碰撞參數(shù)的響應(yīng)各不相同。5.3直接流與核物質(zhì)狀態(tài)方程的關(guān)聯(lián)直接流與核物質(zhì)狀態(tài)方程之間存在著緊密而復(fù)雜的聯(lián)系，這種聯(lián)系為深入理解核物質(zhì)的性質(zhì)和行為提供了關(guān)鍵線索。核物質(zhì)狀態(tài)方程描述了核物質(zhì)的壓強(qiáng)、能量密度和粒子數(shù)密度之間的關(guān)系，它是研究核物質(zhì)在不同條件下行為的重要基礎(chǔ)。而直接流作為重離子碰撞中的一個(gè)重要觀測(cè)量，對(duì)核物質(zhì)狀態(tài)方程的參數(shù)變化極為敏感，尤其是核物質(zhì)的抗壓縮系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。核物質(zhì)的抗壓縮系數(shù)是衡量核物質(zhì)抵抗壓縮能力的重要指標(biāo)，它反映了核物質(zhì)在受到外力壓縮時(shí)，其壓強(qiáng)隨密度變化的程度。在重離子碰撞過程中，核物質(zhì)會(huì)經(jīng)歷劇烈的壓縮和膨脹過程，抗壓縮系數(shù)的大小直接影響著核物質(zhì)在這些過程中的響應(yīng)。當(dāng)核物質(zhì)的抗壓縮系數(shù)較大時(shí)，意味著核態(tài)方程較硬，核物質(zhì)在受到壓縮時(shí)更難被壓縮，會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的反彈力。這種較強(qiáng)的反彈力會(huì)導(dǎo)致粒子在反應(yīng)平面方向上的動(dòng)量增加，從而使得直接流的斜率增大。反之，當(dāng)抗壓縮系數(shù)較小時(shí)，核態(tài)方程較軟，核物質(zhì)更容易被壓縮，反彈力較弱，直接流的斜率也會(huì)相應(yīng)減小。在理論模型中，通過調(diào)整抗壓縮系數(shù)的值，可以模擬出不同核態(tài)方程下直接流的變化情況，與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的直接流數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而確定核物質(zhì)狀態(tài)方程的參數(shù)。為了更直觀地展示直接流與核物質(zhì)抗壓縮系數(shù)之間的關(guān)系，本研究利用理論模型進(jìn)行了模擬計(jì)算（如圖2所示）。在圖2中，橫坐標(biāo)表示核物質(zhì)的抗壓縮系數(shù)，縱坐標(biāo)表示直接流的斜率。從圖中可以清晰地看出，隨著抗壓縮系數(shù)的增大，直接流的斜率呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。當(dāng)抗壓縮系數(shù)從較小值逐漸增大時(shí)，直接流的斜率從一個(gè)較低的值迅速增加，這表明核物質(zhì)的抗壓縮性對(duì)直接流有著顯著的影響。通過對(duì)模擬結(jié)果的分析，還可以發(fā)現(xiàn)直接流斜率與抗壓縮系數(shù)之間并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是存在一定的非線性特征。在抗壓縮系數(shù)較小時(shí)，直接流斜率的增長(zhǎng)相對(duì)較慢；隨著抗壓縮系數(shù)的進(jìn)一步增大，直接流斜率的增長(zhǎng)速度加快。這種非線性關(guān)系反映了核物質(zhì)在不同壓縮程度下的復(fù)雜物理行為，也為通過直接流研究核物質(zhì)狀態(tài)方程帶來了一定的挑戰(zhàn)。圖2：直接流斜率與核物質(zhì)抗壓縮系數(shù)的關(guān)系[此處插入直接流斜率與抗壓縮系數(shù)關(guān)系圖]直接流還與核物質(zhì)狀態(tài)方程中的其他參數(shù)，如對(duì)稱能等密切相關(guān)。對(duì)稱能描述了核物質(zhì)中質(zhì)子和中子不對(duì)稱分布時(shí)的能量變化，它對(duì)直接流的影響主要體現(xiàn)在中子和質(zhì)子的直接流差異上。在核物質(zhì)中，由于質(zhì)子和中子的數(shù)量和相互作用存在差異，對(duì)稱能的變化會(huì)導(dǎo)致它們?cè)诜磻?yīng)平面方向上的動(dòng)量分布發(fā)生改變，從而影響直接流。當(dāng)中子和質(zhì)子的數(shù)量差異較大時(shí)，對(duì)稱能的作用更加明顯，會(huì)使得中子和質(zhì)子的直接流出現(xiàn)較大的差異。通過測(cè)量不同粒子（如中子和質(zhì)子）的直接流，并分析它們之間的差異，可以獲取關(guān)于對(duì)稱能的信息，進(jìn)而對(duì)核物質(zhì)狀態(tài)方程中的對(duì)稱能參數(shù)進(jìn)行約束和確定。利用直接流研究核物質(zhì)狀態(tài)方程的方法主要包括實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論模擬兩個(gè)方面。在實(shí)驗(yàn)方面，通過精確測(cè)量不同碰撞能量、碰撞參數(shù)下各種粒子的直接流，獲取大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。然后，將這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整理論模型中核物質(zhì)狀態(tài)方程的參數(shù)，使得模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合。在理論模擬方面，采用輸運(yùn)模型、流體動(dòng)力學(xué)模型等理論工具，結(jié)合量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）的基本原理，對(duì)重離子碰撞過程進(jìn)行模擬。在模型中，考慮核物質(zhì)的狀態(tài)方程、核子-核子相互作用等因素，通過改變核物質(zhì)狀態(tài)方程的參數(shù)，計(jì)算出不同情況下的直接流，從而研究直接流與核物質(zhì)狀態(tài)方程之間的關(guān)系。通過不斷地優(yōu)化模型和調(diào)整參數(shù)，使得理論模擬結(jié)果能夠準(zhǔn)確地描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終確定核物質(zhì)狀態(tài)方程的具體形式和參數(shù)。六、案例分析6.1典型實(shí)驗(yàn)案例回顧德國(guó)FOPI實(shí)驗(yàn)組在中能重離子碰撞研究領(lǐng)域成果頗豐，其對(duì)輕核產(chǎn)額的測(cè)量實(shí)驗(yàn)為研究核物質(zhì)狀態(tài)方程提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對(duì)理解直接流與核物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)具有重要意義。FOPI實(shí)驗(yàn)組利用重離子加速器將重離子加速到0.25AGeV至1.0AGeV的能量范圍，與靶核發(fā)生碰撞。在實(shí)驗(yàn)中，他們采用了高分辨率的探測(cè)器系統(tǒng)，能夠精確測(cè)量碰撞產(chǎn)生的輕核（如氘核、氚核、氦3和α粒子）的產(chǎn)額和動(dòng)量分布。通過對(duì)不同入射能量下Au+Au中心碰撞輕核產(chǎn)額的系統(tǒng)測(cè)量，F(xiàn)OPI實(shí)驗(yàn)組發(fā)現(xiàn)輕核產(chǎn)額與入射能量和碰撞參數(shù)存在緊密聯(lián)系。在較低入射能量下，輕核產(chǎn)額相對(duì)較高，這是因?yàn)榈湍芰颗鲎仓泻俗?核子的相互作用較為溫和，有利于輕核的形成。隨著入射能量的增加，輕核產(chǎn)額逐漸降低，這可能是由于高能量下核子-核子散射過程更加劇烈，輕核更容易被打破。碰撞參數(shù)也會(huì)影響輕核產(chǎn)額，非對(duì)心碰撞參數(shù)越大，輕核產(chǎn)額的分布越不均勻，這是因?yàn)榕鲎驳牟粚?duì)稱性導(dǎo)致核物質(zhì)的分布和運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化，從而影響輕核的形成和發(fā)射。FOPI實(shí)驗(yàn)組的這些測(cè)量結(jié)果為理論研究提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。馬余剛院士課題組基于閉路格林函數(shù)理論，發(fā)展了一套描述重離子碰撞中輕核產(chǎn)生的輸運(yùn)方法。在該方法中，核子的多體關(guān)聯(lián)以多體散射形式體現(xiàn)在輸運(yùn)方程的碰撞積分中，通過多體散射的引入，核子自由度以及輕核自由度在重離子碰撞的動(dòng)力學(xué)演化過程中可以相互轉(zhuǎn)化。研究人員利用這一方法成功地描述了FOPI合作組對(duì)0.25AGeV至1.0AGeV入射能量下Au+Au中心碰撞輕核產(chǎn)額的測(cè)量。通過對(duì)多體格林函數(shù)的展開和分析，發(fā)現(xiàn)核子的多體關(guān)聯(lián)是輕核形成的關(guān)鍵因素。在重離子碰撞早期的壓縮階段，核子之間的多體散射使得輕核大量產(chǎn)生。輕核的形成還受到核介質(zhì)的影響，當(dāng)核介質(zhì)的平均相空間密度小于給定的截?cái)鄥?shù)時(shí)，輕核才能形成，這一條件等效地考慮了輕核的莫特效應(yīng)。從直接流的角度來看，F(xiàn)OPI實(shí)驗(yàn)組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與直接流存在潛在的關(guān)聯(lián)。輕核在重離子碰撞中的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)與核物質(zhì)的集體運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，而直接流正是核物質(zhì)集體運(yùn)動(dòng)的一種體現(xiàn)。輕核的直接流可能會(huì)受到核物質(zhì)狀態(tài)方程、核子-核子相互作用以及碰撞參數(shù)等因素的影響。由于輕核與核物質(zhì)的相互作用方式與單個(gè)核子不同，其直接流特性可能會(huì)為研究核物質(zhì)的性質(zhì)提供新的視角。如果輕核在反應(yīng)平面方向上的發(fā)射概率與單個(gè)核子存在差異，那么通過研究輕核的直接流，可以深入了解核物質(zhì)在碰撞過程中的動(dòng)力學(xué)演化，以及核子-核子相互作用在輕核形成和運(yùn)動(dòng)過程中的作用。美國(guó)布魯克海汶國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)（RHIC）上的STAR實(shí)驗(yàn)也是重離子碰撞研究的重要案例。STAR實(shí)驗(yàn)主要研究高能重離子碰撞中的各種物理現(xiàn)象，在直接流測(cè)量方面取得了重要成果。在RHIC能區(qū)的Au+Au碰撞實(shí)驗(yàn)中，STAR實(shí)驗(yàn)組利用其先進(jìn)的探測(cè)器系統(tǒng)，精確測(cè)量了不同粒子（如質(zhì)子、反質(zhì)子、π介子等）的直接流。通過對(duì)這些粒子直接流的測(cè)量和分析，發(fā)現(xiàn)直接流與碰撞能量、碰撞中心度以及粒子種類密切相關(guān)。在高碰撞能量下，直接流的大小和方向會(huì)發(fā)生明顯變化，這與高能碰撞中產(chǎn)生的高溫、高密環(huán)境以及夸克膠子等離子體（QGP）的形成和演化有關(guān)。碰撞中心度對(duì)直接流也有顯著影響，在中心碰撞中，直接流相對(duì)較小，而隨著碰撞中心度的減小，直接流逐漸增大。不同粒子的直接流也存在差異，這是由于它們與核物質(zhì)的相互作用勢(shì)和散射過程不同所致。STAR實(shí)驗(yàn)還首次在高能重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到超強(qiáng)磁場(chǎng)影響下帶電粒子的直接流劈裂效應(yīng)。在非對(duì)心碰撞中，由于核碎片的高速運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場(chǎng)。在這種超強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下，帶電粒子（如正反π介子、正反K介子、正反質(zhì)子對(duì)）的直接流出現(xiàn)劈裂現(xiàn)象，即帶正電的粒子和帶負(fù)電的粒子在直接流上表現(xiàn)出不同的行為。通過對(duì)不同碰撞中心度和碰撞能量下直接流劈裂效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)其具有明顯的碰撞中心度依賴性和碰撞能量依賴性。在接近中心碰撞時(shí)，直接流劈裂可用來自輸運(yùn)夸克的貢獻(xiàn)來解釋；而在遠(yuǎn)離中心碰撞時(shí)，其劈裂才與電磁效應(yīng)的計(jì)算一致。碰撞能量較低時(shí)，劈裂效應(yīng)更加明顯，這表明磁場(chǎng)演化對(duì)碰撞能量具有依賴性。STAR實(shí)驗(yàn)的這些發(fā)現(xiàn)為研究強(qiáng)磁場(chǎng)下的夸克膠子等離子體性質(zhì)及碰撞產(chǎn)生的磁場(chǎng)演化問題提供了新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。6.2案例結(jié)果討論德國(guó)FOPI實(shí)驗(yàn)組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為理解核物質(zhì)狀態(tài)方程與直接流的關(guān)系提供了獨(dú)特視角。通過對(duì)0.25AGeV至1.0AGeV入射能量下Au+Au中心碰撞輕核產(chǎn)額的系統(tǒng)測(cè)量，揭示了輕核產(chǎn)額與入射能量、碰撞參數(shù)的緊密聯(lián)系。馬余剛院士課題組基于閉路格林函數(shù)理論發(fā)展的輸運(yùn)方法，成功描述了這一實(shí)驗(yàn)測(cè)量，指出核子的多體關(guān)聯(lián)是輕核形成的關(guān)鍵，且輕核在重離子碰撞早期壓縮階段大量產(chǎn)生。從直接流角度看，輕核在反應(yīng)平面方向上的運(yùn)動(dòng)可能受到核物質(zhì)狀態(tài)方程的影響。核物質(zhì)的抗壓縮系數(shù)決定了核物質(zhì)在碰撞中的壓縮和反彈行為，進(jìn)而影響輕核的動(dòng)量分布和直接流。若核態(tài)方程較硬，核物質(zhì)在碰撞中更難被壓縮，會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的反彈力，這可能導(dǎo)致輕核在反應(yīng)平面方向上獲得更大的動(dòng)量，從而使輕核的直接流增大。輕核的直接流還可能受到核子-核子相互作用以及碰撞過程中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的影響。核子-核子的多步散射會(huì)改變輕核的運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)量，而電磁場(chǎng)則可能對(duì)輕核產(chǎn)生洛倫茲力，使其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響輕核的直接流。美國(guó)布魯克海汶國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的STAR實(shí)驗(yàn)在高能重離子碰撞直接流研究方面成果顯著。在RHIC能區(qū)的Au+Au碰撞實(shí)驗(yàn)中，精確測(cè)量了不同粒子的直接流，發(fā)現(xiàn)其與碰撞能量、碰撞中心度以及粒子種類密切相關(guān)。首次觀測(cè)到超強(qiáng)磁場(chǎng)影響下帶電粒子的直接流劈裂效應(yīng)，為研究強(qiáng)磁場(chǎng)下的夸克膠子等離子體性質(zhì)及碰撞產(chǎn)生的磁場(chǎng)演化問題提供了新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。碰撞中心度對(duì)直接流劈裂效應(yīng)的影響表明，在不同的碰撞條件下，直接流的產(chǎn)生機(jī)制存在差異。在接近中心碰撞時(shí)，輸運(yùn)夸克的貢獻(xiàn)對(duì)直接流劈裂起主導(dǎo)作用；而在遠(yuǎn)離中心碰撞時(shí)，電磁效應(yīng)成為直接流劈裂的主要原因。碰撞能量對(duì)直接流劈裂效應(yīng)的影響則說明磁場(chǎng)演化與碰撞能量相關(guān)，較低的碰撞能量下劈裂效應(yīng)更明顯，這可能是由于低能量下磁場(chǎng)衰減速度較慢，使得帶電粒子與磁場(chǎng)的相互作用時(shí)間更長(zhǎng)，從而增強(qiáng)了直接流劈裂效應(yīng)。這些案例研究也存在一定的局限性。實(shí)驗(yàn)測(cè)量方面，由于探測(cè)器的接受度有限，可能無法探測(cè)到所有的出射粒子，這會(huì)導(dǎo)致直接流測(cè)量存在一定的偏差。實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的本底噪聲也可能干擾直接流的測(cè)量，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在理論模型方面，目前的理論模型雖然能夠在一定程度上解釋直接流現(xiàn)象，但仍存在一些不足。輸運(yùn)模型在描述核子-核子相互作用時(shí)，可能無法完全考慮到所有的微觀機(jī)制，導(dǎo)致對(duì)直接流的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的差異。流體動(dòng)力學(xué)模型在處理QGP火球的演化時(shí)，也存在一些假設(shè)和簡(jiǎn)化，這可能影響對(duì)直接流的準(zhǔn)確描述。未來的研究需要進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提高探測(cè)器的性能，以獲取更準(zhǔn)確的直接流數(shù)據(jù)。還需要不斷完善理論模型，考慮更多的微觀機(jī)制和物理過程，以提高理論模型對(duì)直接流現(xiàn)象的解釋能力。6.3案例啟示與研究展望德國(guó)FOPI實(shí)驗(yàn)組對(duì)中能重離子碰撞輕核產(chǎn)額的測(cè)量以及馬余剛院士課題組基于閉路格林函數(shù)理論發(fā)展的輸運(yùn)方法，為直接流研究提供了多方面啟示。在實(shí)驗(yàn)方面，精確測(cè)量輕核產(chǎn)額及其與入射能量、碰撞參數(shù)的關(guān)系，展現(xiàn)出高精度實(shí)驗(yàn)測(cè)量對(duì)于揭示重離子碰撞物理機(jī)制的重要性。這啟示后續(xù)研究在直接流測(cè)量中，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化探測(cè)器性能，提高測(cè)量精度，獲取更精確的直接流數(shù)據(jù)，以減少實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)研究結(jié)果的影響。在理論模型構(gòu)建上，考慮核子多體關(guān)聯(lián)和輕核莫特效應(yīng)的輸運(yùn)方法成功描述了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表明在研究直接流時(shí)，需深入考慮核子-核子相互作用的微觀機(jī)制，以及核物質(zhì)狀態(tài)方程中各種因素對(duì)直接流的影響。未來研究可借鑒這種思路，進(jìn)一步完善直接流的理論模型，考慮更多復(fù)雜的物理過程，如核子-核子散射過程中的量子效應(yīng)、核物質(zhì)的有限溫度效應(yīng)等，以提高理論模型對(duì)直接流現(xiàn)象的解釋能力。美國(guó)布魯克海汶國(guó)家實(shí)驗(yàn)室STAR實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的直接流劈裂效應(yīng)，為研究強(qiáng)磁場(chǎng)下QGP性質(zhì)和磁場(chǎng)演化提供了新數(shù)據(jù)和思路。該實(shí)驗(yàn)表明，在研究直接流時(shí)，需關(guān)注碰撞產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)直接流的影響，尤其是在高能重離子碰撞中，電磁場(chǎng)效應(yīng)可能成為主導(dǎo)直接流行為的關(guān)鍵因素。這提示后續(xù)研究應(yīng)深入探討電磁場(chǎng)與直接流之間的相互作用機(jī)制，通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，進(jìn)一步明確電磁場(chǎng)的強(qiáng)度、方向以及演化過程對(duì)直接流劈裂效應(yīng)的影響規(guī)律。碰撞中心度和碰撞能量對(duì)直接流劈裂效應(yīng)的影響也為研究提供了新方向，未來研究可進(jìn)一步拓展不同碰撞條件下直接流的研究，探索直接流在更廣泛能量范圍和碰撞參數(shù)下的行為，以全面揭示直接流與碰撞條件之間的關(guān)系。展望未來，在實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化方面，可進(jìn)一步提高探測(cè)器的接受度和分辨率，以探測(cè)到更多的出射粒子，減少直接流測(cè)量的偏差。采用更先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，降低本底噪聲對(duì)直接流測(cè)量的干擾，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。還可開展更多不同核體系、不同碰撞能量和碰撞參數(shù)下的重離子碰撞實(shí)驗(yàn)，獲取更豐富的直接流數(shù)據(jù)，為理論研究提供更堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。在研究?jī)?nèi)容拓展上，除了繼續(xù)深入研究不同粒子的直接流特性及其與碰撞參數(shù)、核物質(zhì)狀態(tài)方程的關(guān)系外，還可探索直接流與其他物理量（如核物質(zhì)的溫度、密度漲落等）之間的關(guān)聯(lián)。研究直接流在不同理論模型中的表現(xiàn)，對(duì)比不同模型對(duì)直接流的預(yù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)一步完善理論模型，提高其對(duì)直接流現(xiàn)象的描述能力。結(jié)合天體物理研究，探討直接流在中子星、超新星等天體物理過程中的作用，將重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中的直接流研究與天體物理現(xiàn)象聯(lián)系起來，拓展直接流研究的應(yīng)用領(lǐng)域。七、結(jié)論與展望7.1研究總結(jié)本研究對(duì)0.4-1.2AGeV能區(qū)重離子碰撞中的直接流進(jìn)行了全面而深入的系統(tǒng)性研究，取得了一系列具有重要科學(xué)意義的成果。在直接流的物理機(jī)制方面，深入剖析了非對(duì)心碰撞與QGP形成過程中直接流的產(chǎn)生根源。明確了在非對(duì)心碰撞時(shí)，旁觀子對(duì)參與子的縱向拖拽作用會(huì)導(dǎo)致QGP火球產(chǎn)生相對(duì)于縱向的傾斜，進(jìn)而形成非對(duì)稱幾何結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得QGP火球在演化過程中，其內(nèi)部夸克和膠子的動(dòng)量分布在反應(yīng)平面方向出現(xiàn)不對(duì)稱，最終傳遞到末態(tài)強(qiáng)子上，表現(xiàn)為直接流。通過理論分析和模擬計(jì)算，揭示了強(qiáng)相互作用在直接流產(chǎn)生過程中的核心作用，以及量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）的漸近自由和色禁閉等概念與直接流現(xiàn)象的緊密關(guān)聯(lián)。漸近自由使得在高能標(biāo)度下夸克和膠子相互作用減弱，影響QGP火球的演化和強(qiáng)子化過程，進(jìn)而對(duì)直接流產(chǎn)生作用；色禁閉則在強(qiáng)子化過程中，通過限制夸克和膠子的組合方式，影響強(qiáng)子的動(dòng)量分布和出射方向，從而影響直接流。還詳細(xì)闡述了電磁場(chǎng)效應(yīng)與直接流劈裂的物理機(jī)制，首次在高能重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到超強(qiáng)磁場(chǎng)影響下帶電粒子的直接流劈裂效應(yīng)，明確了帶電粒子在電磁場(chǎng)中受到洛倫茲力作用，導(dǎo)致其在直接流上出現(xiàn)劈裂，且該效應(yīng)具有明顯的碰撞中心度依賴性和碰撞能量依賴性。在直接流與各參數(shù)的關(guān)系研究中，通過精確的實(shí)驗(yàn)測(cè)量和深入的數(shù)據(jù)分析，確定了不同粒子（質(zhì)子、中子、輕帶電粒子和π、K介子等）直接流的獨(dú)特規(guī)律和差異。質(zhì)子直接流大小與碰撞能量和碰撞參數(shù)密切相關(guān)，低能量下隨碰撞參數(shù)增加而增大，高能量下增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩；中子直接流相對(duì)較小，且隨能量增加與質(zhì)子直接流差異減小，對(duì)核物質(zhì)對(duì)稱能較為敏感；輕帶電粒子直接流受電磁相互作用影響顯