Фазовые переходы в адронной материи с учетом промежуточной фазы конституентных кварков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

российская академия наук

ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени П.Н.ЛЕБЕДЕВА

Г*5

о*

11С1 Прсмэ&Х рУТуОхиГСИ

УДК 539-145

ЧЕРНАВСКАЯ Ольга Дмитриевна

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В АДРОННОЙ МАТЕРИИ С УЧЕТОМ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ФАЗЫ КОНСТИТУЕНТНЫХ

КВАРКОВ

01.04.16. - Физика атомного ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1998

Работа выполнена в Физическом Институте имени П.Н.Лебедева РАН

Научный руководитель: академик РАН Е.Л. ФЕЙНБЕРГ

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук Л.В.ФИЛЬКОВ

ФИ,VII им. Ц.Н.Лебедева, г.Москва

доктор физ.-мат. наук, профессор И.Л.РОЗЕНТАЛЬ Институт Космическпх Исследований РАН, г.Москва

Ведущая организация: НИИ ядерной физики МГУ им. М.В.Ломоносова

Зашита состоится . 1998 г, в

Специализированного Совета К 002.39.04 Физического инмтит!

: часов на заседании

Специализированного Совета К 002.3"9.04 Физического иямтитута им. П.Н.Лебедева РАН по адресу: 117924, Москва, Ленинский проспект 53, ФИАН им. П.Н.Лебедева. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИ А На.

Автореферат разослан: 1998 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор физ.-мат. наук

В .Д. Скаржинский

I. Общая характеристика работы

Актуальность работы. Одной из наиболее фундаментальных задач современной физики высоких энергий является выяснение статуса специфического состояния сильно взаимодействующей материи - кварк-глюопиой плазмы ((¡)йР), при котором кварки высвобождены из адронов и восстановлена киральная симметрия. Такая фаза должна возникать, согласно фундаментальным предсказаниям КХД (Квантовой Хромо-Дипамнкн), при достаточно высокой плотности и/или температуре адрошюй материи.

Проводимые многочисленные теоретические и экспериментальные исследования должны прояснить многие проблемы и в будущем (вероятно, .недалеком) сделать нпзможным экспериментальное наблюдение (¿ОР.

Экспериментальные программы в настоящее время ориентированы главным образом па релятивистские соударения тяжелых ионов, так как в таких процессах образование термализованной сверхплотной материи традиционно представляется наиболее вероятным. В ближайкгем будущем должны появиться новые экспериментальные данные но соударению тяжелых ионов при сверхвысоких энерхиях на ускорителях ЬНС в СЕШМ'е (Швейцария), ЯН 1С в США.

Для всех названных программ необходима разработанная теоретическая база, в особенности - четкие предсказания относительно пропесса формирования СЦСР, ее дальнейшей эволюции и адронизации, а также сигналов СЦСР, т.е. того, как именно присутствие С^ОР на первых этапах эволюции может проявляться в характеристиках вторичных частиц, возникающих в результате соударения. Особенно важно прояснить, как протекает процесс фазового перехода из (?СгР в адронную материю, поскольку он существенно влияет на наблюдаемые характеристики вторичных частиц.

Несмотря па многочисленные исследования процессов эволюции и последующей адронизации плазмы, а также связанных с ними сигналов <ЗСР, проводившиеся в течение последних 20 лет, эти проблемы не решены сколь-нибудь удовлетворительно и сохраняют свою актуальность. В частности, среди известных в литературе сигналов (}СР нет таких, которые были бы достаточно ясно выделяемы экспериментально и, одновременно, недвусмысленны в теоретическом отношении: наблюдаемые эффекты, претендующие на роль сигналов, находят свое объяснение и в рамках моделей, не апеллирующих к возникновению фБР. Кроме того, характеристики вторичных адронов, которые могут служить сигналами присутствия £2СР, существенно зависят от сценария, т.е. конкретной схемы фазового перехода, ибо они формируются главным образом на этапе фазового перехода и последующей адронизации сгустка С}ОР (при определенном влиянии всего процесса эволюции сгустка).

Следует подчеркнуть, что реализация конкретного (одного из возможных) сценария фазового перехода - процесс вероятностный: в индивидуальных событиях,

отвечающих одним и тем же начальным условиям, реализуются (с некоторой вероятностью) различные сценарии, причем даже маловероятные механизмы адрониза-ции могут срабатывать в отдельных редких событиях. Выявление этих эффектов требует как детального теоретического анализа возможных сценариев адронизации, так и тщательного исследования экспериментальных данных на уровне анализа индивидуальных событий.

Таким образом, поиск сигналов (¿С:Р на эксперименте представляется задачей типа "распознавания образа": выделение в каком-либо событии нескольких наиболее характерных и самосогласованных признаков, отвечающих определенному сценарию эволюции и адронизации (ЦвР, представляется серьезным свидетельством присутствия С}СI' в данном событии, даже если каждый отдельно взятый признак (эффект) и можно интерпретировать, не выходя за рамки обычных представлений о парных взаимодействиях нуклонов.

В свете всего сказанного исследование фазовых переходов из £)ОР в адронную материю приобретает первостепенное значение.

Цели работы. Целью диссертации является теоретическое исследование харак тсра фазовых переходов между адронной материей, II, и кварк-глюонной плазмой, @СР, с учетом возможности существования промежуточной стабильной фазы, С), (в которой массивные констигуентные кварки существуют в состоянии деконфал-нмента) и сравнение полученных результатов с выводами общепринятого подхода, основанного на предположении о прямом превращении Н •<-> ЦСР.

Новизна работы. В данной работе рассматривается не только прямое превращение С?СР в адронную материю, (¿вР II, но и впервые детально рассматривается концепция двух независимых фазовых переходов с участием промежуточной фалы свободных конетитуенгных кварков, С}СГ ^ (Ц о II.

Впервые детально исследуются характеристики фазовых переходов С}ОР <3 и <3 II. Анализируется проблема несохранения удельной энтропии в каждом из рассматриваемых переходов и предлагается новый способ ее решения - путем коррекции уравнения состояния только промежуточной фазы £}.

Впервые проведен анализ зарождения новой фазы внутри старой (метастабиль-ной) для переходов С^йР -> <2 и <3 ~> Я. Предложена модель зарождения, содержащая единственный феноменологический параметр для описания всех рассматриваемых переходов.

Впервые рассматриваются различные сценарии адроиизации горячего сгустка С^йР с учетом двойного фазового перехода (2йР С} Я.

Научная ценность работы. Детально разработана Модель Двойного Фазового Перехода (Double Phase Transition Model, DPTM), основанная на представлении о существовании промежуточной стабильной фазы Q, в которой конституентные кварки свободны, но киралыгая симметрия еще нарушена. Эга концепция открывает интересные возможности выявления специфических сигналов QGP и сигналов самой Q фазы для сравкевкг с экспериментальны?,;!! данными, как уже попучеттг,гми. так и ожидаемыми в недалеком будущем.

Важным выводом анализа модели DPTM является предсказание того, что со-стоянде деконфайнмекта массивных конституептпых курков (т.е. О гЬаза) может возникнуть в соударениях тяжелых ионов при сравнительно низких энергиях в системе цетра инерции (па порядок ниже, чем это необходимо для обралопания QGP), и. таким образом, может' наблюдаться уже при энергиях ускорителей Дубны, Бевалака или даже GSI.

Описание и анализ возможных сценарии адронпэадии горячего сгустка QGP, впервые проведенное в рамках модели DPTM, является базой для последующего детального анализа характера спектров конечных адронов в каждом конкретном сценарии. Такой подход дает возможность поиск экспериментальных сигналов QGP свести к задаче распознавания образа сценария адронизации на уровне анализа индивидуальных событий ("event-by-event" анализ).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. В рамках принятых модельных уравнений состояния (типа мешка) установлена область существования стабильной промежуточной фазы <5, в которой массивные конституентные кварки существуют в стадии декопфайнмента с определенной примесью тг- мезонов (играющих роль голдстоуновских частиц). Исследованы характеристики фазовых переходов QGP f+ Q и Q <-> //.

2. Проблема несохраяенля удельной энтропии при пересечении границ фазового равновесия, актуальная для прямого перехода QGP о Н, решается в рамках рассматриваемой модели: сохранение удельной энтропии и обратимость фазовых переходов QGP QnQ Ц могут быть обеспечены путем модификации единственного модельного параметра - постоянной мешка в промежуточной Q фазе.

3. Проведен кинетический анализ зарождении очага новой фазы для переходов QGP -> Q, Q -> Н и QGP -> Н\ оценены времена жизни метастабилъных состояний QGP и Q фаз. Характерное время зарождения новой фазы при всех рассматриваемых фазовых переходах вычисляется при введении единственного феноменологического параметра. Показано, что вероятность длительного переохлаждения QGP оказывается значительно выше, чем для Q фазы; переход QGP И при любой температре плазмы менее вероятен, чем переход в промежуточную фазу QGP —> Q.

4. Анализ возможных стационарных режимов процессов фазового перехода

QGP Q и Q -> // в рамках аппарата релятивистской теории горения сплошной среды показывает, что для всех рассматриваемых переходов возможными оказываются два типа режимов перехода: медленные, квазиравновесные режимы типа испарения или дефлаграции, и быстрые, взрывные режимы типа детонации (переходы из переохлажденной метастабилыюй фазы). Исследованы характеристики этих режимов.

Исследованы мульти-разрывные стационарные процессы одновременного (параллельного) перехода, QGP —N Q =>■ Н\ покидано, что подобные механизмы представляются наиболее стабильными и аффективными для адронизации переохлажденной плазмы.

5. Многообразие сценариев эволюции и адронизации горячего сгустка QGP с учетом возможности образования промежуточной Q-фазы окалывавтеи значительно шире, чем в модели с единственным фазовым переходом QGP —» Н. Проведенный качественный анализ возможных сценариев адронизации демонстрирует необходимость детального анализа экперименгальпых данных на уровне индивидуальных событий ("event-by-event" анализ).

Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались и оСсуждались на научных семинарах ФИАН; на сессии ОЯФ РАН в ИТЭФ в 1995г.; на международной конференции "Hot Hadronic Matter: Theory and Experiment" в 1994г. (Девопн, Франция); на 2-ой международной конференции камяти Л.Д.Сахарова в 1996г. (Москва); на международной конференции "Кварковая Материя 96" (Гей-дельберг, Германия).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 15 публикациях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения и списка литературы из 195 наименований. Общий объем диссертации составляет 167 страниц. Диссертация содержит 36 рисунков и 1 таблицу.

II. Краткое содержание диссертации

Во Введении рассматриваются современные представления о статусе QGP и обосновываются важность и актуальность исследований, проведенных авто ром диссертации.

Первая глава содержит обзор литературы, посвященной исследуемой проблеме.

В §1.1 обсуждаются различные теоретические подходы к анализу QGP и фазовых переходов в адронной материи (качественные соображения; теоретико-полевой

анализ; результаты, полученные в рамках хромодпнамических расчетов па решетках; класс феноменологических моделей известных под названием .модели .мешков). J5 рамках каждого из рассматриваемых подходов выделяются аргументы в пользу существования Збух независимых фазовых переходов при превращении адроняой материи в QGP.

В §1.2 обсуждается термодинамический полхол и методы релятивистской гидродинамики в приложении к описанию процессов множественного рождения при со ударениях ультрарелятивястских тяжелых ядер.

R §1.3 обсужлалотг.я возможные проявления QGP в спектрах наблюдаемых частиц (сигналы QGP).

Во птсрой глапе рассматривается процесс фазояого перехода в рамках общепринятой модели с единственным - прямым - фазовым переходом (Single Phase Transition Model, или SPTM). Обсуждаются известные в литературе работы и, в частности, оригинальные работы автора. диссертации ([1]-[6]).

В §2.1 фиксируются уравнения состояния QGP и ff-фазы в модели мешка для барион-нейтральной материи; формулируются условие равновесия фаз.

Параграф 2.2 посвящен приложению некоторых методов релятивистской теории горения сплошной среды к процессу фазового перехода QGP <-+ Н. Рассматриваются возможные стационарные режимы произвольного коллективного разрывпого процесса. Обсуждаются особенности возможных стационарных режимов фазового перехода QGP —> Г1.

В §2.3 обсуждается возможность и физические причины возникновения метаста-бильных состояний, в частности, переохлажденпой плазмы. Рассматривается процесс зарождения повой - адронной фазы - внутри переохлажденной QGP и оценивается его характерное время.

В §2.4 обсуждаются некоторые возможные сценарии эволюции и адронизации первоначально горячего сгустка QGP в рамках модели SPTM (равновесный переход с образованием смешанной фазы {QGP + Я}; капли Ван Хова; взрывной рост очага перегретой, if фалы; сверхзвуковая конденсация; вскипание и т.п.); показано, что многообразие сценариев связано главным образом' с гипотезой о возможност и переохлаждения QGP. Демонстрируется зависимость определенных сигналов QGP от особенностей процесса адронизации (т.е. от сценария). Оценивается сравнительная вероятность реализации различных сценариев.

В третьей главе излагаются основные положения и результаты анализа модели Двойного Фазового Перехода, DPTM, по оригинальным работам [7)-[11].

Для описания трехфазной материи используется статсумма Z,(T,)i,V) для каждой фазы, зависящая от химпотенциала ft, температуры Т, и объема системы V:

Gf г k4dk бт2 J . hi j. „,"7

- + •

/ / •) , V / /t2a.rn2 \ / . /t-2 J__2 « \

V* + t exp ^ r ' "j + 1 exp 'T ') + 1

в f

где G; ' , m; и /i, - соответственно факторы вырождения, массы, химпотеициалы для Бозе и Ферми частиц г-го типа для каждой j-on фазы (j означает соответственно адронпую Я, валонную Q и <Э<5,Р фазы). Суммирование проводится по тем типам частиц, которые доминируют в .цапкой фазе. С помощью статсуммы определяются все термодинамические переменные системы и соотношения между ними, именно: давление pj, плотности энергии е,-, энтропии я,, барионного числа пщ, уравнения

СОСТОЯНИЯ р3 = Pj(£J).

Члены In Z]ac присутствуют в Q-фазе (In Zvqac = —~Bq)k QGP (1q = -|-Bqgp); они отражают эффективное взаимодействие с вакуумом, обеспечивающее удержание соответствующей фазы внутри мешка.

В §3.1 строятся уравнения состояния для каждой из трех фаз материн в первом приближении по взаимодействию (взаимодействие в адронаой фазе учитывается с помощью введения резонаясов, взаимодействие в фазах Q и QGP - путем введения поправок теории возмущений). Обсуждается выбор параметров Bqgp и Bq. Формулируются условия равновесия фаз.

В §3.2 вводится дополнительное взаимодействие в адронной и валоиной фазах, обусловленное конечным размером объектов и существенное при достаточно большом значении химического потенциала материи. Рассматриваются две наиболее популярные в литературе модели для описаниях этих взаимодействий - модель жесткого кора (Hard Core Model, НСМ) и аппроксимация среднего поля (Mean Field Approximation, MFA). Демонстрируется качественное сходство фазовых диаграмм, полученных в рамках обсуждаемых моделей.

В §3.3 анализируются характеристики фазовых переходов QGP Q и Q f-> Н (скрытая теплота, скачок термодинамических переменных па границе фаз). Показано, что оба рассматриваемых фазовых перехода являются значительно более мягкими, чем прямой переход, QGP Н, т.е. сопровождаются меньшими изменениями термодинамических переменных.

§3.4 посвящен проблеме несохранения удельной энтропии S/Nb на границах равновесия фаз и методам ее разрешения. Рассматриваются условия, необходимые для равновесных переходов через состояние смешанной фазы. Обсуждается решение данной проблемы для' прямого перехода QGP <-» Н. Предлагается метод коррекции уравнений состояния, изменяющий характеристики только промежуточной фазы

<5 II позволяющий добиться обратимости каждого из фазовых переходов в модели БРТМ путем модификации единственного параметра модели: Вд -+ В<з(11,Т).

Модификация Вд(/2,Т') влияет главным образом на определение нлотностей энтропии и барпопного числа в <3-фазе:

пппЫ. Т. VIВп) = I = ПвоЫ, т\Во = «*»<) - д-МьП,

......VI. (l^1 .1ТУ = И>71»( " с^

(2)

у,-,< а.Т. \'Ч1п) = I [ЩМ1 = ,о(и.ГШо = соя.««) -

V' I Ш' J(í,^'=Con« ..........ах

остальные термодинамические переменные от производных Во не зависят. Функция I') выбирается таким образом, чтобы обеспечить непрерывность удельной энтропии на границах фаз Н — и <3 — ОР, т.е. на кривых Т = Т<г(/л) и Т = Гсь(/х):

(3)

£/Мд- | _ [ лоаг(м,Г) 1 .

при этом диаграмма равновесия фаз практически не меняется.

В §3.5 формулируются основные результаты анализа модели БРТМ в стационарных системах.

В четвертой главе методы релятивистской теории горения сплошной среды применяются для анализа фазовых переходов в рамках модели ПРТМ в случае барион-нейтральной материи {¡1 = 0).

В §4.1 рассматриваются стационарные режимы коллективного разрывного процесса перехода (¿ОР -> Из условия сохранения компонент тензора энергии-импульса на границе фаз:

(сдер + РасрЫааръщср - (ед -+ Р<зЬ/ои/а; (4)

{¿дар + Рявр)1?()аръоор + Рчср = (е<? +>ч)7/<}«'/<} + РЯ- (5)

определяются скорости коллективных потоков вещества ьц^ар, VJQЪ начальной ((¡СР) и конечной ((¡>) фазах (77/ц - соответствующие Лоренц-факторы). На основании кинематических ограничений (0 < г^ < 1) и термодинамического требования неубывания энтропии при переходе:

SQ~jjQVjQ > -^арцдар^оар (б)

строится диаграмма разрешенных состояний материи в начальной и конечной фазах на плоскости {едар,С()}, которая сравнивается с аналогичной диаграммой для прямого перехода (Ц6Р Л.

В §4.2 рассматривается аналогично переход Q —► Я.

§4.3 посвящен исследованию 2-разрывных стационарных режимов, не меняющих кинематических характеристик системы благодаря отсутствию коллективных потоков как в начальной, так и в конечной фазах.

§4.4 посвящен исследованию мультиразрывных стационарных процессов, не имеющих аналога в рамках модели SPTЛ/, а именно - режимам одновременного [параллельного) перехода QGP Q Н. Строится диаграмма разрешенных для данного типа переходов состояний трех фаз {едер, £tf}-

В рассматривается вопрос о возможности и вероятности хзолпи.новендя ms-тастабильных переохлажденных состояний QGP я Q-фазы. Предположение о пропорциональной зависимости между плотностью поверхностной энергии на границе раздела фаз и скрытой теплотой фазового перехода дает возможность оценить сравнительную вероятность переохлаждения, а также оценить время жизни метастабиль-ных состояний для всех трех рассматриваемых переходов при помощи единственного феноменологического параметра.

В §4.6 формулируются основные выводы анализа характера фазовых переходов в модели DPTM.

В пятой главе рассматривается картина гидродинамической эволюции сгустка QGP с учетом двойного фазового перехода. Обсуждаются возможные сценарии алро-низации; показано, что их многообразие значительно шире, чем в рамках SPTM. Анализ ориентирован на эксперименты по центральным соударениям ультрарелятивистских (160 ГэВ/нуклоп) ядер свинца, проведенные на ускорителе SPS (CERN) в 1995-96ГГ ([12]-[15]).

В §5.1 обсуждаются возможности приложения полученных в гл.4 результатов к реальным процессам столкновения ульграрелятивистских тяжелых ядер. Рассматриваются методы оценки относительной вероятности реализации различных сценариев.

В §5.2 подробно рассматривается аналог наиболее популярного в литературе сценария равновесного прямого перехода через состояние смешанной фазы {QGP + Н} - последовательный равновесный переход через две смешанные фазы, {QGP + Q} и {Q + Я}. Предполагается, что охлаждение до температуры фазового равновесия автоматически приводит к образованию фракции новой фазы, которая, оставаясь в равновесии со старой фазой, постепенно разрастается (при постоянных температуре и давлении), по мере дальнейшего гидродинамического разлета заполняя собой всю систему. Сравниваются картины охлаждения горячего сгустка плазмы в моделях SPTM и DPTM. Обсуждаются сигналы сценария двойной смешанной фазы и сравниваются с сигналами прямого равновесного перехода с образованием смешанной фазы.

В §5.3 рассматриваются сценарии, основанные на последовательном переходе

при условии кеазиравновесной трансформации QGP —> Q. При этом переход Q Л может проходить как квазиравновесно (в режиме дефлаграции), так п между мета-сгабштьными фазами (в режиме взрыва). Анализируется вероятность реализации таких сценариев.

В §5.4 рассматриваются последовательные переходы в переохлажденной QGP. Показано, что разнообразие возможностей при этом существенно шире, «ем при переходе из стабильной плазмы. Анализируется реалистичность и конкурентоспособность сценариев такого типа.

3 §5.5 рассматриваются сценарии адрскизацки, не имеющие апзлпгя в модели прямого перехода (SPTM) - мульти-разрывные процессы одновременного {параллельного) перехода QGP Q =Ф- Н как из стабильного состояния QGP, так и из переохлажденной метастабияьной плазмы. Демонстрируется эффективность и конкурентоспособность этого механизма фазового перехода.

В §5.6 обсуждаются основные результаты анализа процессов эволюции п адро-низации QGP в модели DPTM.

В Заключении формулируются основные выводы, следующие из проведенного анализа, характера фазовых переходов в оригинальной модели DPTM и традиционной модели SPTM, основанной на прямом превращении QGP Н.

III. Основные результаты

В представленной диссертации детально разработана модель Двойного Фазового Перехода (DPTM), основанная на концепции существования промежуточной стабильной фалы Q, в которой конституектные кварки (или валоны) пребывают в стадии де-конфайнмента при нарушенной киральной симметрии. Исследована роль Q-фазы в процессе эволюции и адронизации сгустка QGP, возникающего при центральных соударениях тяжелых ядер высокой энергии. Анализ ориентирован на эксперименты по соударениям ультрарелятдвйстских (160 ГэВ/нуклон) ядер свинца, проведенные на ускорителе SPS (CERN) в 1995-96гг. Получены следующие основные результаты:

(1). В рамках принятых модельных уравнений состояния (типа мешка) установлен температурный коридор, в котором промежуточная фаза Q стабильна. В барион-нейтральной материи, при выбранных параметрах уравнений состояния QGP и Q фаз, этот коридор составляет ДТ ~ 50 МэВ, причем переход из обычной адронной материи к состоянию декопфайпментпа валонов Н —>■ <3 совершается при температуре Т — Tj ~ 145 МэВ. Это согласуется с известной предельной температурой существования адронов, называемой температурой Хагедорна, которая, таким образом, получает собственное физическое истолкование как температура распада адроноб на валоны.

Переход Q QGP, сопровождающийся восстановлением киральпой симметрии, происходит при Т = ~ 200 МэВ, что совпадает численно с оценками температуры фазового перехода, полученными в вычислениях КХД на решетке.

(2). Исследованы характеристики фазового перехода конфайнмеит-деконфашшент, Я О Q, и перехода с нарушением/ восстановлением киральной симметрии, Q f> QGP. Показано, что яти фазовые переходы являются более ¿¿игхими, чем прямой переход, II <-> QGP. Именно:

(i) скрытая теплота перехода Дс при двух рассматриваемых переходах оказывается меньше, чем при прямом переходе:

Дея«+<г ~ 300 МэВ/фм3 « AtQ^Qop ~ 2 ГэВ/фм3 < Ach^qgp;

(ii) скачок термодинамических переменных (этальшш, энтропии, плотности энергии и бариониого числа) на фазовых границах Н - Q и Q — QGP существенно меньше, чем на границе Я — QGP.

Скрытая теплота минимальна при переходе Н Q, что, возможно, и является' причиной того, что при вычислениях на решетке виден лишь единственный фазовый переход при критической температуре Тс ~ 200 МзВ.

(3). Исследована проблема несохранения удельной энтропии при пересечении границ фазового равновесия. Показано, что:

(i) в рамках обычных модельных уравнений состояния типа мешка удельная энтропия не сохраняется ни при каком из рассматриваемых переходов, что делает фазовые переходы Я —> Q, Q -» QGP и Я QGP необратимыми, .

(¡5) сохранение удельной энтропии и обратимость двух фазовых переходов в модели DPTM могут быть обеспечены путем модификации единственного модельного параметра - постоянной мешка в промежуточной фазе: Bq -л Bq(h,T)\ уравнения состояния QGP и адропной фазы ври этом не затрагиваются;

(iii) в результате предлагаемой модификации прямой переход остается необратимым, т.е. процесс QGP —> Я может проходить только в неравновесном режиме.

(4). Подробно рассмотрен процесс эволюции и адронизации в случае медленного (адиабатического) остывания сгустка плазмы - последовательный равновесный переход через состояния смешанных фаз, {QGP + Q} и {(¡> + Я}. Для кон-крентности начальная температура принята равной: Tin ~ 1.2 Tch ~ 240 МэВ. Показано, что сценарий равновесной адронизации QGP -+ {QGP + Q] —> Q -» {Q + Я} II приводит к кинематическим сигналам, черезвычайно близким к сигналам сценария (наиболее популярного в литературе) равновесного прямого перехода, QGP —> {QGP + 11} Н, при той же начальной температуре плазмы. В случае реализации данного сценария различить проявления двух моделей, SPTM и DPTM, при современном уровне эксперимента вряд ли возможно.

(5). Проведен кинетический анализ зарождения очага новой фазы для переходов QGP Q и <5 —» Н. В предположении пропорциональной зависимости плотности

поверхностной энергии на границе двух фаз от скрытой теплоты перехода характерное время, необходимое для зарождения новой фазы, при всех трех рассматриваемых фазовых переходах вычисляется при введении единственного феноменологического параметра. Показано, что:

(i) пребывание QGP в переохлажденном состоянии более вероятно, чем переохлаждение Q-фазы;

(И) при любой температуре плазмы прямой переход QGP Н оказывается менее вероятным процессом, чем переход в промежуточную фазу QGP —► Q.

Выводы, касающиеся сравнительной вероятности зарождения, не зависят от величины феноменологического параметра и должны быть приняты во внимание при анализе возможных сцеиариев эволюции и адронизашш сгустка QGP.

(6). На основе проведенного алализа вероятности зарождения очага Я-фазы внутри QGP систематизированы возможные сценарии адронизации горячего сгустка QGP в рамках модели SPTM, т.е. в предположении единственного прямого фазового перехода QGP ~> Н. Проанализированы условия реализации некоторых наиболее популярных в литературе сценариев.

(7), Проведен анализ возможных стационарных режимов фазовых переходов QGP Q и Q > Я в рамках аппарата релятивистской теории горения сплошной среды. Показано, что:

(х) для двух фазовых переходов модели DPTM, как и для прямого перехода QGP —У ¡1 в модели SPTM, диаграмма разрешенных состояний материи на плоскости £/} (где с;,/ - плотность энергии в начальной и конечной фазах соответственно) имеет качественно одинаковую структуру. Возможными оказываются два типа режимов перехода: медленные, квазиравновесные режимы типа испарения или дефлаграцгш, и быстрые, взрывные режима типа детонации, связанные с переходами переохлажденной метастабильпой фазы в метастабильную перегретую новую фазу;

(ii) температурный интервал дефлаграции оказывается существенно (на порядок) шире для переходов QGP -У Q и Q —► Я, чем при прямом переходе QGP —»■ Н, что повышает роль этого механизма в адронизации плазмы;

(iii) переходи QGP —> Q и Q —> ¡1 в режимах типа детонации требуют меньшего переохлаждения начальной фазы, чем прямая детонация QGP Я, однако такие режимы, как правило, неустойчивы;

(iv) в переохлажденных плазме (Tqqp < 0.8 Tch) и Q-фазе (Tq < 0.78 Td] возможны сравнительно быстрые (проходящие со скоростью звука с,) стационарные 2-разрывные процессы типа внутренней дефлаграции, не влияющие на кинематику охлаждения системы в целом.

(8). Исследованы мульти-разрывнне стационарные процессы в модели DPTM, не имеющие аналога в модели SPTM: стационарные режимы одновременного (параллельного) перехода QGP =S- Q =>• Я. Показано, что:

(i) процессы такого типа возможны в широком интервале температур плазмы, но в стабильной плазме {Tqgp ~ Тин) протекают сравнительно медленно и могут приводить лишь к частичной адронизации системы;

(ii) в переохлажденной плазме (Tqgp < 0.75 Tch ~ Т&) подобные механизмы адрони-зации представляются наиболее стабильными и эффективными;

(iii) в результате таких процессов может рождаться как холодная (Т# ~ 120 -т- 140 МэВ), так и перегретая (Т// > 1.5 I'd. > Xcj, > 26i) МэВ) адронная материя, дальнейшая эволюция которой многовариантна.

(9). Рассмотрены возможные сценарии аполюцкк ¡1 адронизацик горячего сгустка QGP в модели DPTM с учетом двойного фазового перехода. Показано:

(i) Многообразие возможных сценариев с участием промежуточной фазы Q оказывается значительно шире, чем в модели с единственным фазовым переходом.

(ii) Состояние образовавшейся адронной материи существенно зависит от сценария:

- для с ценариев адровизации, осповавных на режиме дефлаграции Q —> 11, характерно рождение холодной адронной материи (Гя ~ 120 МэВ) и поперечный коллективный поток вторичных частиц со скоростью порядка скорости звука;

- взрыв Q —т Н, если он происходит, приводит, напротив, к рождению перегретой адронной матери (Гц ~ Tch ~ 2$0 МэВ) и и интенсивному поперечному разлету вторичных адронов.

(iii) Прямой переход QGP Н в рамках модели DPTM представляет собой один из возможных сценариев адронизации метастабильной переохлажденной плазмы, причем адронизацця должна носить неравновесный (взрывной) характер, что возможно лишь при переохлаждении плазмы до температур Tqgp ~ 0.5ТС ~ 0.651^.

(iv) Наибольшее количество каналов адронмзации QGP открывается и/или активизируется при переохлаждении плазмы до температур Tqgp < 0.75Тсь ~ Td, т.е. при температуре равновесия фаз Q — И.

(10). Проанализирована ззлчсимость вероятности реализации рассмотренных сценариев адронизации от темпа охлаждения сгустка QGP и начальной температуры системы Tj„. В рамках простейшей модели одномерного расширения и охлаждения Бьоркена показано, что:

(i) в области иадпороговой плазмы (Т;п ~ 1 ~ 1.5Гсл) разнообразие возможных механизмов адронизации стимулируется стремительным расширением и охлаждением сгустка QGP, в результате которого наиболее верожтно образование переохлажденного состояния QGP. Сценарии одновременного перехода из переохлажденной плазмы представляются наиболее эффективными.

(ii) для изначально горячих систем (1)п > 2.5 Tch > 500 МэВ) более вероятна равновесная и квазиравновесная адронизация (переход через смешанные фазы или дс-флаграция); другие механизмы могут реализоваться лишь в отдельных редких событиях.

(11). Многообразие возможных сценариев эволюции и адронизации первоначального сгустка ЦСР приводит к важному выводу: в индивидуальных событиях, при . одинаковых (макроскопических) начальных условиях, появление адронной материи может происходить в результате процессов разного характера, что приводит к качественно разным распределениям конечных адронов. Отсюда следует вывод о необходимости детального анализа индивидуальных событии ("е'уе^-Ьу-еуеп!" анализ), в противном случае информация о характере процессов фазового перехода усредняется и теряется. Статистическая обеспеченность такого анализа гарантирована оолыцим числом вторичных частиц (Л' ^ 1000) в к&ждом центральном соударении тяжелых ядер высокой энергии.

Публикации по теме диссертации

[1J Чернявская О.Д., Чернявский Д.С. Фазовые переходы в кварк-глюошюй плазме гт гидродинамическая теория // УФН. 1988. т.!54. с.497-521.

[2] Chernavskaya O.D., Chernavskii D.S. Some aspects of the kinetic analysis of the phase transition from QGP to hadronic matter in the course of hydrodynamic expansion // Proceedings of the International Workshop on Heavy Ion Collisions. Moscow. August 2-15. 1987. p.18-23.

[3] Чернавская О.Д., Чернавский Д.С. О взрывном фазовом переходе кварк-глюонной плазмы в адропы в гидродинамической теории // Препринт ИТФ-1986-66Р. 1986. Киев.

[4] Чернавская О.Д., Чернавский Д.С. On the specific characteristics of QGP hadronization process within the scenario of detonation bubble growth // Preprint P.N.Lebedey Phys. Inst. N263-87. 1987.

[5] Chernavskaya O.D., Tretykova M.I., Zhdanov G.B. An extraordinary event of Ca — Ag interaction from, cosmic ray //Proceedings of the International Workshop on Heavy Ion Collisions. Moscow. August 2-15. 1987. p.11-18.

[6] Chernavskaya O.D. On the micropicture of QCD plasma hadronization phase transition //Nncl. Phys. A. 1991. v.525. p.645-648.

[7] Chernavskaya O.D., Feinberg E.L. Deconfmement of constituent quarks and the Hagedorn temperature //Hot Hadronic Matter: Theory and Experiment Ed. J.Letessier, J.Rafelski. Plenum Press. 1995.

[8] Chernavskaya O.D., Feinberg E.L. Double phase transition between hadronic matter and QGP //J.Moscow Phys.Soc. 1996. v.6. p.37-43.

[9] Chernavskaya O.D., Feinberg E.L. Transformation of the hadronic and subhadronic substances under extreeme conditions //Proceedings of the 2-d International Sakharov Conference on Physics, Moscow. May 27-31.1996. n.6-12.

[10| Chernavskaya O.D. Double phase transition at zeio temperature // Z.Phys.C. 1997

[11] Chernavskaya O.D. Double Phase Transition Model and. the problem of entropy and baryon number conservation // Submitted to Z.Phys.C. //hep-ph/9701265.

[12] Chernavskaya O.D. et ai. Proposal to the investigation of nucleus-nucleus interactions with the help of emulsion magnetic chamber // Preprint PIAN N128. M.1991. 14c.

[13] Boos E.G.,...Chernavskaya O.D.,... Investigation of central Pb-Pb interactions at energies 160 Gev/nucleon with the help of the emulsion magnetic chamber // Experiments at OERN in 1994. CERN Grey Book. pl26-127.

[14] Chernavskaya O.D. et al. Central high energy heavy nuclei collisions and ring-like effect //Proceedings of the XXlVtfc ICR.C 1995. Rome. Italy, v.l. p.68-71.

[15] Chernavskaya O.D. et al. Central Pb-Ph interactions with energy 158 GeV/N.// Proceedings of the 28"' International Conference on High Energy Physics. Warsaw. 1996. p.941-942.

Подписано в печать 28 сентября 1998 года. Формат 60x84/16.Заказ Ш 193.Тираж 50 экз. П.Л.0.9 Отпечатано в НШС ёЙАН. Москва ,33-333,Ленинский проспект, д. 53 Тел..: 132-51-28,132-61-37,132-68-39