latex
نُقَدِّم تَقارير القِياسات العالَمِيَّة لِلاِسْتِقْطاب الدَوَرانِي للهايبرونات (\(P_{\Lambda}\)) من طاقات FAIR، RHIC وLHC. يَسْتَمِر \(P_{\Lambda}\) في اِتِّباع اِتِّجاه تَصاعُدي عند \(\sqrt{s_{\mathrm NN}}\) < 7.7 GeV، مِمّا يُشير إلى أن الدوّامة الهائلة تَسود حتى في منطقة الهيمنة الهادرونية. قِياسات جديدة لِلاِسْتِقْطاب الدَوَرانِي المَحَلِّي (\(P_{z,2}\)) من تصادُمات النظائر تَتْبَع نفس النمط المُلاحَظ في طاقات RHIC وLHC السابقة. مِقياس مُستوحى من تأثير هول الدَوَرانِي الباريوني المتوقع، الاِسْتِقْطاب الدَوَرانِي المَحَلِّي الصافي (\(P_{z,2}^{\mathrm{net}}\))، يُظهِر قيمة سلبية في تصادُمات Au+Au عند \(\sqrt{s_{\mathrm NN}}\) = 19.6 و27 GeV. أَوَّل قِياس لِ\(P_{z}\) بالنسبة للتوافقي الثالث في تصادُمات النظائر RHIC بطاقة 200 GeV يُظهِر تَعديلاً جيبياً غير صفري، مما يُشير إلى وجود بُنية دوامية مُعقَّدة في الوسط. ظَهَرَت أنماط جديدة مُفاجِئة من المُحاذاة الدَوَرانِيَّة (\(\rho_{00}\)) لعدة ميزونات مُتَّجِهة (\(K^{*0}\)، \(K^{*\pm}\)، \(\phi\) و\(J/\psi\)) في طاقات RHIC وLHC على حد سواء. الاِنْحِراف الكبير في \(\rho_{00}\) لعدة أنواع يُشكِّل تحدياً للنظرية.
في تصادُمات الأيونات الثقيلة ذات معامل التأثير غير الصفري، يُتوقع وجود زخم زاوي مداري كبير جداً (OAM \(\sim 10^{5} - 10^{7} \hbar\)) في مركز المادة المُشاركة (becattini). الجُزء من OAM المنقول إلى بلازما الكوارك-غلوون (QGP) يمكن أن يستقطب الكواركات (ومضادات الكوارك) بسبب تفاعل “الدوران-المدار” (liang0). بالإضافة إلى ذلك، يُترجم استقطاب الكواركات إلى استقطاب الهادرونات الناتجة ذات الدوران غير الصفري على طول OAM من خلال عمليات الهادرنة. في المرحلة الأولية، يُتوقع أيضاً وجود مجال مغناطيسي كبير (\(B\) \(\sim 10^{18}\) Gauss) (kharzeev)، والذي يمكن أن يُحدث استقطاباً مختلفاً للدوران للكواركات (ومضادات الكوارك) ذات اللحظات المغناطيسية المختلفة. وبالتالي، من خلال قياسات الاستقطاب، يمكننا البحث عن تواقيع التفاعلات الأولية لـ OAM والمجال \(B\). تُساعد هذه القياسات في فهم استجابة وسط QGP تحت هذه الظروف الأولية القصوى وتوفر أيضاً فرصة فريدة لدراسة ديناميكيات الدوران في QGP.
باستخدام التحلل الضعيف المخالف للتكافؤ للهايبرونات، يمكن قياس الاستقطاب العالمي (\(P_{\mathrm{H}}\)) من التوزيع الزاوي للباريون الابن في إطار راحة الهايبرون الأصلي (schiling). في عام 2007، حددت تجربة STAR حداً أعلى على \(P_{\Lambda}\) (< 2%) في تصادُمات Au+Au بطاقة 200 GeV (star_lambda_prc). حدث اختراق عندما أبلغت STAR عن أول دليل على استقطاب إيجابي لـ\(\Lambda\) و\(\bar{\Lambda}\) في تصادُمات الأيونات الثقيلة من برنامج RHIC Beam Energy Scan (BES). تحت فرضية التوازن الحراري المحلي وبالاستناد إلى نموذج الديناميكا الهيدروليكية، أظهرت بيانات الاستقطاب المتوسطة على جميع طاقات BES دوامة تُقدَّر بحوالي (9 \(\pm\) 1) \(\times\) \(10^{21}\) \(/s\)، مما يشير إلى أكثر سائل دوامي تم إنشاؤه في المختبر (star_lambda_nature_bes). في قياسات BES، يكون \(P_{\bar{\Lambda}}\) أكبر باستمرار من \(P_{\Lambda}\) عبر طاقات الشعاع. ونظراً لاختلاف الإشارة المغناطيسية، من المتوقع حدوث انقسام في الاستقطاب بسبب المجال \(B\). ومع ذلك، الدقة ليست كافية لاستنتاج واضح. بعد ذلك، تم الإبلاغ عن \(P_{\Lambda}\) غير الصفري بدقة، جنباً إلى جنب مع قياسات تفاضلية لـ\(P_{\Lambda}\) كدالة لمركزية التصادم، الزخم العرضي والسرعة الزاوية في أعلى طاقة لـ RHIC (star_lambda_prc_200GeV). تتوافق زيادة \(P_{\Lambda}\) من التصادمات المركزية إلى الطرفية مع التوقعات من دوامة الوسط. لاحقاً، أبلغت تجربة ALICE في LHC عن \(P_{\Lambda}\) متوافق مع الصفر ضمن الشكوك (alice_lambda_prc). مؤخراً، تم توسيع قياسات \(P_{\Lambda}\) في طاقة الشعاع الأدنى بواسطة التركيب الثابت للهدف في STAR (star_lambda_prc_3GeV) وHADES (hades_lambda_prc). لوحظ \(P_{\Lambda}\) مهم بحوالي 5% في هذه الطاقات. يتبع \(P_{\Lambda}\) اتجاهاً متزايداً أحادياً من 5.02 TeV إلى 2.4 GeV. يمكن لنماذج النقل والديناميكا الهيدروليكية التقاط هذا الاتجاه المعتمد على الطاقة بنجاح. يُفسَّر الارتفاع الأحادي في \(P_{\Lambda}\) كنتيجة لتفاعل بين تدفق القص وتوقف الباريون. هناك سيناريوهات، مثل هجرة الاستقطاب إلى السرعة الزاوية الأمامية وعمر بلازما الكوارك-غلوون (QGP) وغيرها، يمكن أن تساهم أيضاً في \(P_{\Lambda}\). اقترحت حسابات نموذجية حديثة أن \(P_{\Lambda} \sim 0\) عند \(\sqrt{s_{NN}}\) = 2\(m_{N}\). الارتفاع الأحادي لـ\(P_{\Lambda}\) عند \(\sqrt{s_{NN}}\) < 7.7 GeV وزيادة واضحة لـ\(P_{\Lambda}\) من التصادمات المركزية إلى الطرفية، في مادة يهيمن عليها الهادرونات، أمر مفاجئ بالفعل. إنه سؤال مفتوح للمجتمع: كيف يمكن لغاز الهادرونات أن يدعم دوامة هائلة كهذه؟ يتطلب الأمر المزيد من القياسات التجريبية والمدخلات النظرية لفهم أفضل.
توفر تصادُمات النظائر عالية الإحصائيات بطاقة 200 جيجا إلكترون فولت (\(_{44}^{96}\)Ru+\(_{44}^{96}\)Ru و\(_{40}^{96}\)Zr+\(_{40}^{96}\)Zr) (blind_isobar) في معجّل الأيونات الثقيلة النسبي فرصاً جديدة لقياسات الاستقطاب. نظراً لعدد البروتونات الأكبر، من المتوقع أن يكون لدى تصادُمات Ru+Ru مجال B أولي أكبر من تصادُمات Zr. وبالتالي، يمكن لقياس الاستقطاب \(P_{\Lambda}\) و\(P_{\bar{\Lambda}}\) في تصادُمات النظائر أن يستكشف المجال B الأولي. بالإضافة إلى ذلك، تنبأت عدة حسابات نموذجية بتبعية حجم نظام التصادم في \(P_{\Lambda}\) (\(P_{\Lambda}^{\mathrm{O+O}} > P_{\Lambda}^{\mathrm{Ru+Ru}} > P_{\Lambda}^{\mathrm{Au+Au}}\)) (system_size_pol). يمكن استخدام بيانات النظائر لاختبار مثل هذه التبعيات. أفاد تعاون STAR بأن \(P_{\Lambda}\) و\(P_{\bar{\Lambda}}\) من تصادُمات النظائر تبعت نفس التبعية المركزية المُلاحظة في تصادُمات Au+Au السابقة (xgou). لم يُلاحظ أي فرق في الاستقطاب بين \(\Lambda\) و\(\bar{\Lambda}\) أو بين أنواع تصادُمات النظائر ضمن الدقة الحالية. ومع ذلك، من المتوقع أن توفر النتائج من RHIC BES-II دقة لاستكشاف مجال B. لم يُلاحظ أي تبعية واضحة لحجم النظام في \(P_{\Lambda}\) (\(P_{\bar{\Lambda}}\)) عند مقارنة نتائج النظائر بتصادُمات النظام الكبير Au+Au في نفس مركزية التصادم. يمكن أن توفر نتائج من تصادُم نظام أصغر (O+O) مزيداً من الرؤى حول تبعية حجم النظام لـ\(P_{\Lambda}\). أفاد STAR لأول مرة بوجود استقطاب غير صفري لهايبرونات \(\Xi\) و\(\Omega\) في تصادُمات Au+Au بطاقة 200 جيجا إلكترون فولت، مما يعزز الطبيعة العالمية للاستقطاب الدوراني في تصادُمات الأيونات الثقيلة (xi_omg_pol). يمكن أن تساعد القياسات الأكثر دقة لاستقطاب \(\Xi\) و\(\Omega\) في جولات RHIC المستقبلية في اختبار التقسيم التابع للأنواع للاستقطاب بسبب اختلافات الدوران واللحظات المغناطيسية.
مؤخراً، تم فهم أن التدفق الجماعي بالاقتران مع دوامة الوسط يمكن أن يُحدث استقطاباً طولياً جديداً (\(P_{z}\)) على طول اتجاه الشعاع (Becattini_pz). تمت ملاحظة أول تعديل جيبي غير صفري لـ\(P_{z}\) لهايبرونات \(\Lambda\) (\(\bar{\Lambda}\)) بالنسبة لتوافقيات التدفق الثانية (\(\Psi_{2}\)) في تصادُمات Au+Au بطاقة 200 GeV بواسطة STAR (star_lambda_pz). على الرغم من أن العديد من نماذج الديناميكا الهيدروليكية والنقل تقوم بعمل ممتاز في التقاط الاعتماد على طاقة الشعاع للاستقطاب العالمي للهايبرون، إلا أنها فشلت في تفسير النمط في \(P_{z}\) مع الإشارة الصحيحة، والذي يُعرف بـ “لغز الإشارة”. لاحقاً، تمت ملاحظة نفس النمط في \(P_{z}\) أيضاً في تصادُمات Pb+Pb بطاقة 5.02 TeV في LHC بواسطة ALICE (alice_lambda_pz). مؤخراً، كان هناك العديد من التطورات النظرية في معالجة هذا اللغز. تم فهم أن إضافة “مصطلح القص” يمكن أن يفسر الإشارة الصحيحة لـ\(P_{z}\) (shear_pz_sign).
أبلغت STAR عن \(P_{z}\) بالنسبة للتوافقيات الثانية (\(P_{z,2}\)) من تصادُم النظائر (xgou). يُقدم الجزء الأيسر في الشكل [fig-3] مقارنة نتائج النظائر مع نفس النتائج من تصادُمات Au+Au بطاقة 200 GeV (star_lambda_pz) وتصادُمات Pb+Pb بطاقة 5.02 TeV (alice_lambda_pz). هناك بعض الإشارات إلى اعتماد حجم النظام ولكن لا يوجد اعتماد واضح على الطاقة في \(P_{z,2}\). تم أيضاً توسيع هذه القياسات في تصادُمات النظائر بالنسبة للتوافقيات الثالثة (\(P_{z,3}\)) لأول مرة وتمت ملاحظة تعديل جيبي كبير غير صفري في الاستقطاب (xgou). كل من \(P_{z,2}\) و\(P_{z,3}\) يُظهران اتجاهاً مشابهاً في الاعتماد على المركزية، ومع ذلك، \(P_{z,3}\) أصغر بشكل منهجي من \(P_{z,2}\) في التصادمات الطرفية. يمكن أن توفر هذه القياسات المحلية للاستقطاب معلومات حول الهياكل الدوامية المعقدة، وتقييد الشروط الأولية ومعاملات النقل في العديد من النماذج.
مؤخراً، تم التنبؤ بأن إدراج الجهد الكيميائي الباريوني (\(\nabla \mu_{B}\)) يمكن أن يُسبب فرقاً في \(P_{z}\) لهايبرونات \(\Lambda\) و\(\bar{\Lambda}\) (\(P_{z,2}^{\mathrm{net}}\)). وبما أنه يُشابه ظاهرة الدوران في فيزياء المادة المكثفة، يُطلق عليه تأثير هول الدوران الباريوني (she_prediction). تم التنبؤ بأن تأثير هذه الظاهرة قد يكون أكثر وضوحاً عند طاقة شعاع أقل (جهد كيميائي باريوني أكبر) ويمكن أن ينتج استقطاباً موجباً يزداد تدريجياً \(P_{z,2}^{\mathrm{net}}\) مع انخفاض طاقة الشعاع. على العكس من ذلك، يُتوقع غياب هذه الظاهرة لتوليد نمط مماثل ولكن بإشارة سالبة في \(P_{z,2}^{\mathrm{net}}\). يوفر الإنتاج الوفير لهايبرونات \(\Lambda\) (\(\bar{\Lambda}\)) وجهد كيميائي باريوني كبير بيئة مثالية للبحث عن مثل هذه الآثار الجديدة في نطاق RHIC BES. أبلغت تجربة STAR عن الاستقطاب المحلي الصافي \(P_{z,2}^{\mathrm{net}}\) في تصادُمات Au+Au شبه المركزية عند 19.6 و27 GeV كما هو موضح في الجزء الأيمن من الشكل [fig-3] (huqiang). إشارة \(P_{z,2}^{\mathrm{net}}\) سالبة ومتسقة مع غياب تأثير هول الدوران الباريوني. ستكون قياسات \(P_{z}\) من طاقات الشعاع الأقل (\(\sqrt{s_{\mathrm NN}} < \) 19.6 GeV) مفيدة في التحقق من وجود تأثير هول الدوران الباريوني.
مُحاذاة دَوَران البوزونات المُتَّجِهة يمكن أن توفر معلومات تكميلية لاستقطاب دوران الهايبرون. يُقدَّر المحاذاة الدورانية العالمية بواسطة العنصر القطري لمصفوفة كثافة الدوران الهيرميتية ذات الأثر الواحد. من بين العناصر القطرية، فقط المكون \(00^{\mathrm{th}}\) (المسمى \(\rho_{00}\)) يمكن قياسه من التوزيع الزاوي (\(\theta^{*}\)) لابن الاضمحلال للبوزون المتجه بالنسبة لمحور الاستقطاب. يُتوقع أن يكون \(\rho_{00}\) مساوياً لـ\(\frac{1}{3}\) في غياب محاذاة الدوران. أي انحراف عن \(\rho_{00}\) عن \(\frac{1}{3}\) يُشير إلى وجود محاذاة دوران صافية. في عام 2008، أظهرت القياسات من تصادُمات Au+Au بطاقة 200 GeV من قبل تعاون STAR نتيجة \(\rho_{00}\) صفرية لبوزونات \(K^{*0}\) و\(\phi\) مع شكوك كبيرة (star_rho00_200). القياسات الأخيرة من قبل ALICE في تصادُمات Pb+Pb المركزية المتوسطة بطاقات LHC تشير إلى أن \(\rho_{00}\) لـ\(K^{*0}\) أصغر بكثير من \(\frac{1}{3}\) في منطقة \(p_{\mathrm{T}}\) المنخفضة، بينما القيمة نفسها لبوزونات \(\phi\) متوافقة مع \(\frac{1}{3}\) ضمن الشكوك (alice_kstar_phi_rho00). في منطقة \(p_{\mathrm{T}}\) المنخفضة، تم ملاحظة اعتماد واضح على المركزية لكل من \(K^{*0}\) و\(\phi\). بينما القياسات نفسها في تصادُمات p+p في LHC أظهرت انحرافات صفرية في \(\rho_{00}\). لوحظ أن \(\rho_{00}\) في تصادُمات Pb+Pb أكبر بمقدار من النظرة الساذجة المتوقعة من استقطاب \(\Lambda\). أفاد تعاون STAR عن \(\rho_{00}\) لبوزونات \(\phi\) و\(K^{*0}\) من فحص طاقة الشعاع (star_bes_rho00). تكشف بيانات BES عن نمط مفاجئ. في التصادمات المركزية المتوسطة، بينما \(\rho_{00}\) لـ\(\phi\) أكبر بكثير من \(\frac{1}{3}\)، فإن \(\rho_{00}\) لـ\(K^{*0}\) متوافق مع \(\frac{1}{3}\) ضمن الشكوك. لا يمكن استيعاب الإشارة الكبيرة لبوزونات \(\phi\) بواسطة مصادر تقليدية للاستقطاب، مثل دوامة الوسط، المجال الكهرومغناطيسي وما إلى ذلك. يمكن للاستقطاب بواسطة حقل قوة بوزون متجه متقلب أن يفسر الانحراف الكبير لبوزونات \(\phi\) في التصادمات المركزية المتوسطة (sheng_phi_field). تتيح بيانات النظائر عالية الإحصائيات من STAR قياساً دقيقاً لـ\(\rho_{00}\) لـ\(K^{*0}\) و\(K^{*\pm}\) وقدمت في اللوحة اليسرى في الشكل fig-4. نظراً لاختلاف بمقدار خمسة أضعاف في اللحظات المغناطيسية لـ\(K^{*0}\) و\(K^{*\pm}\)، يُتوقع بشكل ساذج أن \(\rho_{00}\) لـ\(K^{*0}\) يكون أكبر من \(K^{*\pm}\) بسبب اقترانه بحقل \(B\). ولكن بشكل مفاجئ، لوحظ أن \(\rho_{00}\) لـ\(K^{*\pm}\) أكبر من \(K^{*0}\) في التصادمات النظيرية. السبب وراء مثل هذا الترتيب غير مفهوم بعد ويتطلب المزيد من المدخلات النظرية.
مؤخراً، أبلغت ALICE عن أول ملاحظة لاستقطاب دوران \(J/\Psi\) في قناة الدي-ميون في السرعة الأمامية. تقدم اللوحة اليمنى في الشكل fig-4 معامل استقطاب الدوران \(\lambda_{\theta}\) (\(\propto (3\rho_{00}-1)/(1-\rho_{00})\)) كدالة للمركزية في تصادُمات Pb+Pb عند 5.02 TeV (alice_jpsi_spin). على عكس \(\rho_{00}\) لـ\(\phi\) و\(K^{*0}\) بالقرب من منتصف السرعة، فإن \(\rho_{00}\) لـ\(J/\psi\) (المترجم من \(\lambda_{\theta}\)) في السرعة الأمامية أكبر من \(\frac{1}{3}\). هذا مفاجئ وتحتاج النظريات لتقديم تفسيرات.
باختصار، أظهرت استقطاب دوران الهايبرونات عبر طاقات FAIR، RHIC وLHC الطبيعة العالمية لاستقطاب دوران الهايبرونات في تصادُمات الأيونات الثقيلة. ستوفر القياسات الأكثر دقة والتفاضلية مزيداً من الرؤى وتقييد النماذج المختلفة. ستكشف القياسات المستقبلية لـ\(P_{\Lambda}\) عند الطاقة المنخفضة عما إذا كان هناك استقطاب يتلاشى أم لا. تُجرى قياسات دقيقة لاستقطاب الدوران المحلي (\(P_{z}\)) للهايبرونات من RHIC إلى LHC. تُشكل هذه النتائج تحدياً للعديد من النظريات وتوفر معلومات حول البنية المعقدة للدوامات في تصادُمات الأيونات الثقيلة. تولد هذه القياسات مناقشات حول ظواهر الدوران الناشئة (مثل استقطاب القص المستحث، تأثير هول الدوران الباريوني) وتساعد في تطوير هيدروديناميكيات الدوران، نظريات الدوران الحركية وما إلى ذلك. إن قياسات محاذاة الدوران للميزونات الناقلة عبر RHIC وLHC مفاجئة ومحيرة للغاية. تتطلب ملاحظة علامة معاكسة لانحرافات \(\rho_{00}\) بين الأنواع المختلفة المزيد من المدخلات من النظرية لفهم أفضل للبيانات.
يَعْرِب SS عن شُكره لدعم برنامج الأولويات الاستراتيجية للبحث العلمي التابع لأكاديمية العلوم الصينية (منحة XDB34000000).