基础科学的研究揭示了夸克-胶子等离子体（QGP）的存在--一种新确定的物质状态--作为早期宇宙的组成成分。已知在大爆炸后的一微秒内存在的QGP，本质上是夸克和胶子的汤，随着时间的推移而冷却，形成质子和中子等强子--所有物质的组成部分。

重现QGP存在时的极端条件的一个方法是通过相对论重离子碰撞。在这方面，像大型强子对撞机（LHC）和相对论重离子对撞机（RHIC）这样的粒子加速器设施已经通过与此类对撞有关的实验数据进一步加深了我们对QGP的理解。

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同时，理论物理学家采用多级相对论流体力学模型来解释这些数据，因为QGP的行为非常像一个完美的流体。然而，在低横向动量区域，这些模型和数据之间一直存在着严重的分歧，传统模型和混合模型都无法解释实验中观察到的粒子产量。

在此背景下，由上智大学理论物理学家Tetsufumi Hirano教授领导的一个日本研究小组进行了一项调查，以解释相对论流体力学模型中缺失的粒子产量。在他们最近的工作中，他们提出了一个新的"动态核心-冠层初始化框架"来全面描述高能核碰撞。

他们的研究结果发表在2022年11月18日的《物理评论C》杂志上，并涉及上智大学博士生Yuuka Kanakubo博士（目前所属单位：芬兰于韦斯屈莱大学的博士后研究员）和日本秋田国际大学助理教授Yasuki Tachibana的贡献。

"为了找到能够解释理论建模和实验数据之间差异的机制，我们使用了动态核心-日冕初始化（DCCI2）框架，其中高能核碰撞期间产生的粒子用两个部分来描述：核心，或平衡的物质，以及日冕，或非平衡的物质，"平野教授解释。"这种情况使我们能够检查核心和日冕部分对低横向动量区域的强子生产的贡献。"

与此同时，研究人员在PYTHIA（一种计算机模拟程序）上进行了能量为2.76TeV的重离子Pb-Pb碰撞模拟，以测试其DCCI2框架。QGP流体的动态初始化允许分离核心和日冕部分，它们分别通过"切换超表面"和"弦碎裂"来进行强子化。然后这些强子被置于共振衰变中，以获得横向动量（pT）光谱。

"我们关闭了强子散射，只进行共振衰变，以看到总产量分解为核心和日冕部分，因为强子散射在反应的后期阶段将这两个部分混合起来，"Kanakubo博士解释说。

研究人员随后调查了2.76TeV下带电离子、带电高子、质子和反质子碰撞的pT光谱中核心和日冕成分的比例。接下来，他们将这些光谱与实验数据（来自LHC的ALICE探测器，用于2.76TeV下的Pb-Pb对撞）进行了比较，以量化来自电晕成分的贡献。最后，他们研究了来自电晕成分的贡献对流动变量的影响。

他们发现，对于0-5%和40-60%的中心性等级来说，在光谱区域的电晕贡献相对增加了约1 GeV。虽然这对所有的强子都是如此，但他们发现在极低的pT（≈0 GeV）区域，质子和反质子的光谱中几乎有50%的电晕对粒子产生的贡献。

此外，与只比较具有强子散射的核心成分（忽略了电晕成分）相比，DCCI2的完整模拟结果显示与ALICE的实验数据有更好的一致性。发现电晕贡献负责稀释纯粹从核心贡献获得的四粒子累积量（一种流动观测），表明有电晕贡献的粒子的排列组合更多。

平野教授强调说："这些发现意味着非平衡电晕成分对极低横向光谱区域的粒子产生有贡献。这解释了流体力学模型中缺失的产量，这些模型只从实验数据中提取平衡的核心成分。这清楚地表明，为了更精确地理解QGP的特性，也有必要提取非平衡成分。"

虽然这些发现肯定有助于扩大我们对宇宙的认识，但它们随后在应用研究中的应用预计也会使我们未来的生活受益。

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