非相对论重离子碰撞动力学的两体关联输运理论

论文系统地介绍和分析了当前几类描述重离子碰撞动力学过程输运理论的优点和缺点，并针对这些理论的不足作为建立我们理论模型的出发点。例如BUU（Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck）系列的输运过程，可以通过不同方法从量子多体理论依照扩展的时间相关的Hartree-Fock（ETDHF）的基本思想推导出来，并对重离子碰撞过程中有关平均场物理量给出了合理的描述。但由于推导中采用了一些半经典近似和参数化近似，破坏了平均场合碰撞项之间的动力学自洽耦合。特别是数值计算中采用了实验粒子系综平均法，从而丢失了多体关联和涨落，使其无法直接描述重离子碰撞中基本的碎块形成和多重碎裂过程。而量子分子动力学（QMD）系列的理论能够给出重离子碰撞过程中碎块形成的动力学描述，但至今无法从量子多体理论推导出有关QMD的输运方程。碰撞项是在数值计算中通过Monte Carlo抽样技术人为地加入的。那么，如何从量子多体理论出发推导出描述重离子碰撞动力学过程的，可将时间相关的平均场，多体关联进行自洽耦合描述的量子输运理论就成了本论文工作的中心目的。 基于王顺金等人建立的多体关联动力学理论，选用时间相关的相干态单粒子基矢作为新理论的工作表象，对两体关联动力学中的一体密度矩阵和两体关联函数进行轨道展开，推导出了描述非相对论重离子碰撞动力学过程的两体关联输运理论TBCTT（Two-Body Correlation Transport Theory）。TBCTT是一组包括时间相关的平均场，两体关联和Pauli原理的自洽耦合的动力学方程组。其中时间相关的相干单粒子基矢是该理论的一个关键问题。其时间演化的动力学可由多种不同的方法得到，如时间相关的Hartree-Fock方法，时间相关的变分方法等。但作为建立TBCTT工作的第一步，为了计算简便，我们采用经典的Hamilton方程来描述相干单粒子基矢中相空间参数的时间演化，然后通过与两体关联动力学的耦合而恢复TBCCT基本的量子特征。 利用TBCTT对几组轻的碰撞系统进行了数值计算和分析。计算结果表明：TBCTT可以给出重离子碰撞过程中的有关物理量时间演化过程的合理描述，得到了在不同入射道条件下与QMD模型的可比性结果。同时也在组态空间的有限截断和两体关联函数不同的等级截断下均得到了碰撞系统总动量，总能量和总粒子数的近似守恒结果，特别是能量守恒，这是一般半经典输运理论中一个重要的困难问题。另外还得到了两体关联函数不同的等级截断近似对碰撞动力学方面不同的描述。所用这些数值计算结果充分表明：TBCTT是一个有希望和有发展前途的能够描述重离子碰撞动力学的量子输运理论。最后我们对当前计算中所采用的近似和存在的问题进行了分析和讨论，提出了进一步改进和完善TBCTT的途径和方案。 我们在开始TBCTT的研究之前还对QMD进行了仔细的研究和改进。通过在平均场中引入Pauli势和对称势并利用摩擦冷却方法构造原子核基态，得到了一种改进的量子分子动力学MQMD。利用这种MQMD研究了12C+12C反应多重碎裂过程中的核结构效应，得到了与AMD和实验数据基本一致的结果。对QMD的改进和应用为开展TBCTT的研究工作创造了必要条件和准备。