结合研究方向，简要概述本年度实验室取得的重要研究成果与进展，包括论文和专著、标准和规范、发明专利、仪器研发方法创新、政策咨询、基础性工作等。总结实验室对国家战略需求、地方经济社会发展、行业产业科技创新的贡献，以及产生的社会影响和效益。 围绕夸克物质信号及其性质以及粒子探测新技术，本年度实验室在夸克物质理论、高能重离子碰撞实验、粒子物理与高能碰撞唯象学方面，以及硅像素及快电子学新技术研发上取得了重要进展及一批物理成果。具体如下： （一）高能核物理实验方向 1、GeV能区重离子实验研究进展（STAR课题组进展） STAR课题组（7名教师：刘峰、罗晓峰、李治明、裴骅、施梳苏、王亚平、许怒，4名博士后，9名博士生）。2019年度，课题组主要研究进展简述如下: （1）STAR实验高阶矩的研究。 守恒荷，如净重子（B）、净电荷(Q)以及净奇异数(S)，的涨落很早就被理论家预言是重离子碰撞实验中寻找QCD相变信号以及临界点的灵敏探针。特别是守恒荷的高阶涨落，对系统的关联长度非常敏感，如四阶涨落正比于系统关联长度的7次方且与系统的热力学磁化率直接相关。在临界点附近，利用系统的关联长度增大这一重要性质，可以在重离子碰撞实验中测量逐事件守恒荷分布的各阶统计矩来表征它们的涨落，如方差( Variance，s2 )，偏度(Skewness，S)和峰度(Kurtosis，k)等。这些各阶矩与系统的守恒量感应率可以直接联系起来。系统的感应率可以用系统压强对相应的化学势求偏导而得到。我们系统的对RHIC能量扫描中净质子数分布的高阶矩进行了系统的测量。我们发现三阶和四阶段涨落随着碰撞能量的呈现出明显的非单调行为，且不能被输运模型UrQMD的结果描述，暗示系统进入临界区。 实验文章正在合作组内部审核，近期将投稿。 
在零重子化学势下，化学冻结线离相变温度很接近的时候，六阶重子数涨落被预言将为负值，这可能被用作平滑穿越的信号。我们在STAR实验上对金金200 GeV碰撞净质子数分布的六阶矩进行了测量。 发现从半中心到中心碰撞，我们均观察到了C6/C2为负值，与格点QCD的预言一致。该实验测量结果不能被输运模型UrQMD解释。另外, 我们还测量了27 GeV和54.4 GeV能量下的净质子数分布六阶矩(C6/C2)。如图，发现在0-40%中心度下，测量结果均为正值，且与UrQMD模型结果吻合。 
净质子数分布六阶矩的中心度依赖 下图显示了，三个能量下，净质子数分布六阶矩的快度和横动量依赖。依然显示了在0-40%中心度下，27 和 54.4 GeV的结果一致，且为正值。200 GeV的结果在增大接受度下，逐渐变为负值。 
净质子数分布六阶矩的快度和横动量依赖 （2）STAR实验集体流的研究。 完成了金金碰撞27和54 GeV中鉴别粒子的直接流（v1）和椭圆流（v2）的测量。 
我们发现在27和54 GeV的金金碰撞中鉴别粒子的椭圆流符合组分夸克的标度性。这表明：部分子层次的集体运动在这两个能量的碰撞下达到。利用54 GeV中φ介子和质子的椭圆流测量结果，我们在低横动量区间（< 1.5 GeV/c）比较了φ介子与质子的椭圆流。在0-30%中心度的碰撞中，φ介子与质子椭圆流的质量排序被打破。理论计算表明，这可以解释为两种粒子在强子-强子相互作用中所受到的影响不同。由于φ介子强子散射截面相比于质子要小，因此末态强子-强子相互作用产生额外的径向流也就相对于质子较小。径向流会将低横动量区间的粒子推向较高的横动量区间，从而导致了质量较小的质子的椭圆流小于质量较大的φ介子的椭圆流。我们的测量结果观察到了椭圆流质量排序在φ介子和质子之间的违背，与200 GeV的结果相比我们发现这种椭圆流质量排序的违背具有类似的横动量依赖性。 
鉴别粒子直接流相对于快度的斜率（dv1/dy）对强相互作用相图中的相边界较为敏感。我们得测量结果表明：在27和54 GeV的重离子碰撞中，质子，π介子，K介子和φ介子的dv1/dy符合能量依赖的趋势。这些研究结果在高能核物理领域最重要的学术会议Quark Matter 2019上报告，为正在进行的能量扫描计划II提供了研究基础，目前正在整理撰写研究论文中。 另外我们利用改进了夸克级联的多相输运模型（AMPT）研究了STAR能量扫描I九个碰撞能量点的直接流。我们发现夸克级联的图像在能量较低的碰撞中不再适用，同时发现奇异夸克对强相互相结构的研究更加敏感。文章发表在Phys. Rev. C 100, 054903 (2019) 上。 （3）STAR实验重味物理的研究 我们完成了200 GeV金金碰撞中DS粒子产生的研究。通过与中性D介子D0比较，发现DS的产额相比于电子电子，质子质子和电子质子碰撞系统有明显的增强。RHIC能区200 GeV的核核碰撞与LHC能区的核核碰撞Ds/D0比值在误差范围内没有明显的能量依赖性。DS产额的增强一方面来源于核核碰撞中奇异数的增强和夸克级联的强子化机制。通过与理论计算的结果相比较，我们发现级联的强子化模式在粲夸克的强子化过程中十分重要。该研究结果在国际学术会议QPT2019上报告并在QM2019做海报展示，目前已经完成文章草稿和分析说明的撰写，正在STAR物理分析组的内部审阅之中。 
我们完成了重味强子（B和D）半轻子道衰变产生的非光电子产生的实验研究。利用STAR/HFT探测器优异的位置分辨率，STAR实验第一次采用DCA方法分离B/D强子衰变产生的非光电子产额，并对其RAA和RCP开展了精确测量。结果发现来自于B强子衰变产生的非光电子（bàe）的RAA压低比来自于D强子的非光电子（càe）的要弱（大于3s的显著度）；同时也发现bàe与càe的RCP比值大于1（对于0-20%/40-80%情况下，大于3.5s的显著度）。该结果表明了部分子在热密介质中能量损失对其质量的依赖性，这与理论预期相符（ΔE(b)<ΔE(c)）。  
同时，采用DCA方法我们首次测量并发现了bàe的椭圆流不为0（大于3.4s的显著度）。 
该研究结果在QM2019等国际学术会议上做口头报告和海报展示，目前正在进行分析说明的撰写和文章准备等工作。 （4） STAR实验轻核产生(氘(d)，氚(t))的研究 研究QCD相图是高能重离子中主要的目的之一, RHIC重离子碰撞能量扫描实验覆盖了相图上较大的区域。轻核产额的测量，为QCD相图的研究提供了又一有力的工具。理论预言，系统经历临界点或一阶相变，会产生较大的密度涨落，且会形成结团。一般认为轻核是多个核子结合而成，密度涨落会对其产额造成较大影响，因此重离子碰撞中轻核产生被认为是QCD临界点或一级相变的敏感探针，可以作为为一阶相变及QCD临界点确定的观测量。下图为能量扫描中测量到的氕核和氚核的横动量谱） 
RHIC金核金核碰撞能量扫描中氕核和氚核的横动量谱 STAR实验能量扫描第二阶段将会产生大统计量的实验数据，高统计的实验数据将会大大减少测量所带来的误差，并且能够让我们的观测量更加精准。2017年采集了碰撞能量为54.4GeV的高统计量数据，填充了39GeV到62.4GeV的能量间隔，也进一步为证实STAR在第一能量扫描阶段所得到的实验观测结果。如图所示，我们测量了Au+Au碰撞54.4GeV中氕氘氚的横动量谱。 
RHIC金核金核碰撞54.4 GeV氕核和氚核的横动量谱 我们在得到轻核的横动量谱之后, 在整个横动量空间内积分, 便得到了轻核的产额。在热模型中, 巨正则系宗可描述的系统内, 物质达到热力学平衡, 系统的各个参数可以通过求解配分函数的到。通过轻核产额的比值, 体积效应可以抵消, 实验结果可以与热力学模型结果相比较。我们发现热模型不能描述我们测量到的氚核的产生。测量结果如图所示。 
金核金核中心碰撞中粒子产额比的能量依赖 从QGP到强子的相变过程中, 因为穿过一阶相变或临界点引起较强的核子密度涨落。由于轻核的合并产生，核子数密度涨落将对轻核产额造成影响，理论预言，轻核产额比 t*p/d^2 对中子数涨落非常敏感。图4中为金核金核中心碰撞中轻核产额比对碰撞能量的依赖。我们发现存在一个非常明显的非单调依赖行为, 碰撞质心系能量为20-30 GeV 能区中呈现出一个最大值, 该结果可能与一阶相变或相变临界点有关，需要进一步的研究。 
金核金核中心碰撞中轻核产额比的能量依赖 （5）AMPT模型的升级工作 完成了多相输运模型AMPT的升级:更新自由质子的部分子分布函数，加入核遮蔽效应函数，加入重味夸克的弹性散射过程。该升级工作使得AMPT模型可以适用于重离子碰撞中重味探针的研究。我们使用这种改进的AMPT模型研究了RHIC和LHC能区的质子-质子碰撞及重离子碰撞中的粲夸克和轻味夸克的可观测量。以此为内容我们发表了首篇关于AMPT模型升级的科研论文，Phys. Rev. C 99, 064906 (2019) ， 论文阐述了升级工作和细节并研究了轻味粒子观测量；另一篇关于粲粒子的可观测量，已投稿到Phys. Rev. C (arXiv:1909.07191) 。具体说明如下： （1）我们完成了AMPT模型的升级工作: 即用自由质子的部分子分布函数（CTEQ6.1M）和依赖于碰撞参数的核遮蔽效应函数（ESP09s）升级了AMPT模型。原有的多相输运模型虽然能够成功地解释相对论重离子碰撞中的许多可观测量，但该模型使用的是比较旧的Duke-Owens 部分子分布函数和HIJING模型中参数化的核遮蔽效应。因为通过微扰QCD过程产生的重味和高横动量粒子直接依赖于核的部分子分布函数，更可靠的重味和高横动量粒子初始产生以及热密介质对其修正的研究就需要我们使用较新的自由质子部分子分布函数和核遮蔽效应。因此我们的首要工作是更新了AMPT模型，使之包含新的自由质子部分子分布函数和依赖于碰撞参数的核遮蔽效应。升级了AMPT模型之后，我们利用从3 GeV至13 TeV能区的质子-质子碰撞中总散射截面和非弹散射截面重新拟合得出了双组分初始条件模型的关键参数，然后我们研究了质子-质子碰撞和重离子碰撞中的粒子产生。新的AMPT模型的string melting版本可以合理地描述常见的可观察量，包括RHIC和LHC能区的质子-质子碰撞和重离子碰撞中π介子，K介子和（反）质子的低横动量区间的产额，横动量谱和椭圆流。第一篇关于升级后的AMPT模型中轻味粒子常见可观测量的科研论文发表在Phys. Rev. C 99, 064906 (2019) 。 
（2）更新后的AMPT模型可以更好地描述与粲夸克相关的可观测量；相比于之前的模型版本，新的版本具有更高的粲夸克产额，能够基本描述高能质子-质子及核子-核子碰撞中的粲粒子谱。除了新的部分子分布函数和核遮蔽效应之外，另一个重要的改进是去除了原有的HIJING模型横动量截断参数p0对重味夸克初始产生的限制。改进后的AMPT模型的结果相比于之前版本在各种能量下的质子-质子碰撞和重离子碰撞中均能更好地描述实验数据。因此，更新的AMPT模型为重味研究提供了更好的动力学输运模型框架。另一篇关于升级后的AMPT模型中各类粲粒子（D，D*，Ds，Λc）的可观测量的科研论文已经投稿Phys. Rev. C(arXiv:1909.07191) 。 2019年度课题组主办国际会议3次，期中包括高能核物理领域最重要的学术会议Quark Matter 2019（约有560名国际学者，290名国内科研工作者参会）。国际会议报告15次。 文章： 1.Kishora Nayak, 施梳苏*，许怒，林子威, Energy dependence study of directed flow in Au+Au collisions using an improved coalescence in a multiphase transport model, Phys. Rev. C 100, 054903 (2019) 2.张潮，郑亮，刘峰，施梳苏*, 林子威*，Update of a multiphase transport model with modern parton distribution functions and nuclear shadowing, Phys. Rev. C 99, 064906 (2019) 3.涂彪，施梳苏*，刘峰*，Elliptic flow of transported and produced protons in Au+Au collisions with the UrQMD model, Chin. Phys. C 43, 054106 (2019) 4.STAR(主要作者文章), Beam energy dependence of (anti-)deuteron production in Au + Au collisions at the BNL Relativistic Heavy Ion Collider，Phys. Rev. C 99, 064905 (2019) 5.罗晓峰，Toshihiro Nonaka, Efficiency correction for cumulants of multiplicity distributions based on track-by-track efficiency, Phys. Rev. C 99, 044917 (2019) 6.喻宁，罗晓峰，Particle decay from statistical thermal model in high-energy nucleus-nucleus collisions, Eur. Phys. J. A 55, 26 (2019) 7.Li-Kang Yang, 罗晓峰, Hongshi Zong, QCD phase diagram in chiral imbalance with self-consistent mean field approximation, Phys. Rev. D 100, 094012 (2019) 8.Wenkai Fan, 罗晓峰, Hongshi Zong, Second to tenth order susceptibilities of conserved charges within a modified Nambu-Jona-Lasinio Model, Chin. Phys. C 43, 054109 (2019) 9.Peng Cheng, 罗晓峰, Jialun Ping, Hongshi Zong, Finite volume effects on the quarkonium dissociation temperature in an impenetrable QGP sphere, Phys. Rev. D 100, 014027 (2019) 10. Wenkai Fan, 罗晓峰, Hongshi Zong, Probing the QCD phase structure with higher order baryon number susceptibilities within the NJL model, Chin. Phys. C 43, 033103 (2019) 2、TeV能区重离子实验研究进展（ALICE课题组进展） ALICE课题组（5名教师：周代翠、殷中宝、裴骅、毛亚显、张晓明；3名博士后：Somnath Kar、朱建辉、彭忻烨；17名博士生：张海涛、任小文、徐冉、丁燕春、朱亚、崔捧摇、范凤、李兴龙、蔡孟轲、汤思宇、侯永珍、蒋秀秀、张文靖、Haidar Mas’ud Alfando、Ahsan Mehmood Khan、Mohammed Mergani、Anaam Mustafa）。2019年度，ALICE课题组主要研究进展简述如下。 （1）LHC能区夸克物质性质的实验研究 （1.1） 非瞬时D介子核压低特性研究。基于ALICE探测器于2018年所获取的大统计量√sNN = 5.02 TeV铅核-铅核碰撞数据，运用基于机器学习的Boost Decision Tree（BDT）算法，首次对ALICE中由B介子衰变的非瞬时D介子的核压低因子进行观测。首次引入并应用双层BDT筛选方法，实现对非关联背景、瞬时和非瞬时D介子三种组份的分离，打破了之前实验研究中非瞬时D介子纯度难以突破30%的瓶颈，首次获得纯度高达90%的非瞬时D介子样本。首次运用最小-χ2方法，对高纯度样本中的残余瞬时D介子进行扣除，进一步提高了非瞬时D介子信号提取精度。  
图1.1 √sNN = 5.02 TeV的对心铅核-铅核碰撞中非瞬时D介子与瞬时D介子核压低因子的比较（左），非瞬时、瞬时D介子核压低因子比值随pT的分布（右）。 研究结果（如图1.1-左所示）显示：对心铅核-铅核碰撞中非瞬时D介子存在强核压低效应；在中等横动量（pT）区间，非瞬时D介子的核压低整体小于瞬时D介子，体现了部分子在夸克物质中能量损失对其质量的依赖。对比非瞬时、瞬时D介子核压低因子比的实验观测与理论计算（如果1.1-右所示）表明：除诱导胶子辐射能量损失外，重夸克在夸克物质中的非弹性碰撞能量损失也不可忽略；在夸克物质中，重夸克强子化过程的重组合效应对描述非瞬时、瞬时D介子核压低因子比在中等pT区间的增强行为极其重要。本研究对综合理解粲、底夸克在夸克物质中的能量损失行为和输运特性提供了新的实验限制。研究结果获批为ALICE合作组物理分析preliminary results，并在国际奇异夸克物质会（SQM’19）和国际夸克物质会（QM’19）上进行了报告。与此研究相关的实验组SCI文章已获ALICE“重夸克”物理工作组批准，并将于明年发表。
（1.2）Λc重子核压低特性研究。基于ALICE探测器于2018年所获取的大统计量铅核-铅核碰撞数据，综合运用XGBoost和AdaBoost两种机器学习算法，对Λc的核压低因子进行了精确的观测（如图1.2所示）。首次获得LHC能区重离子碰撞中Λc核压低因子的pT微分分布。研究结果显示：高pT区间的Λc核压低与奇异、非奇异D介子相同；在中等pT区间，Λc的核压低与奇异D介子相似，但整体小于非奇异D介子，这再次表明由粲夸克热化所导致的其在夸克物质内的重组合行为对末态开粲强子的产生极为重要。本研究对深刻理解粲夸克在夸克物质中的输运特性和强子化行为提供了很强的实验限制。研究结果获批为ALICE合作组物理分析preliminary results，并在SQM’19和QM’19国际会议上进行了报告。与此研究相关的实验组SCI论文已获ALICE“重夸克”物理工作组批准，并将于明年发表。图1.2 Λc核压低因子随pT的分布，并与奇异、非奇异D介子以及带电粒子的核压低因子进行比较。 （1.3）铅核-铅核碰撞中半单举喷注的产生特性研究。通过研究不同pT区间的触发粒子背对方向上所标记喷注的产额差额—即半单举喷注产额，有效克服了重离子碰撞末态高多重数背景对测量精度—尤其对大分辨率参数（Rjet）喷注的测量精度—的影响。研究结果（如图1.3所示）观测到： Rjet = 0.5的半单举喷注产额的强核压低，其强度与Rjet = 0.3和0.4的半单举喷注一致；不同Rjet下半单举喷注间产额比在铅核-铅核碰撞的中等pT区间较之质子-质子碰撞有增强的迹象。上述现象表明：夸克物质中硬部分子存在显著的能量重分布，且其大部分能量被转移到了Rjet > 0.5的区域。在本研究结果已获批为ALICE合作组物理分析preliminary results，并在QM’19国际会议上进行了报告，明年将向ALICE合作组提交文章发表申请。  
图1.3 不同分辨率参数半单举喷注的核压低因子（左），铅核-铅核与质子-质子碰撞中不同分辨率参数的半单举喷注比（右）。 （1.4）多奇异强子各向异性流研究。首次基于ALICE探测器，运用4粒子累积矩，对铅核-铅核碰撞中多奇异强子的椭圆流（v2{4}）进行观测，消除了非流关联背景对椭圆流观测的影响。结果显示（如图1.4-左所示）：多奇异强子在半对心碰撞中具有较之对心碰撞中更大的椭圆流。通过对比v2{4}与两粒子累积矩椭圆流（v2{2}）的差别，首次对多奇异强子椭圆流的涨落，F(v2)，进行了研究，观测到（如图1.4-右所示）：多奇异强子的F(v2)并不显著依赖于pT和碰撞对心度。本研究将对深入理解不同碰撞初始条件下夸克物质流体动力学演化特性起到重要作用，也为全面了解多奇异强子在夸克物质中的产生特性提供帮助。研究结果已获批为ALICE合作组物理分析preliminary results，并在QM’19国际会议上进行了报告，相应实验组SCI文章将有望在明年发表。  
图1.4 基于4粒子关联矩的多奇异强子椭圆流pT分布（左），多奇异强子椭圆流逐事件涨落分布（右）。 （2）小系统碰撞中重味粒子的产生的实验研究 （2.1）质子-铅核碰撞中重味缪子集体关联研究。利用ALICE前向快度区缪子谱仪，对重味缪子在质子-铅核碰撞中的集体关联行为进行观测。在已有研究基础上：对探测器接收度的非均匀性进行了更为细致的校正；首次在ALICE中对两粒子累积矩中的短程和长程非流关联进行同时扣除，获得ALICE对小系统中集体关联行为最为完备的实验观测；进一步采用两粒子关联函数方法对两粒子累积矩的结果进行检验。最终结果（如图2.1所示）确认了重味缪子在质子-铅核碰撞的前向快度区存在大于零的椭圆流。本研究结果对深入认识重夸克在小系统碰撞中的产生特性和小系统碰撞末态粒子间的类流体关联行为将起到非常重要的作用。研究结果获批为ALICE合作组物理分析preliminary results，并在QM’19国际会议上进行了报告。与此分析相关的实验组SCI论文已获ALICE合作组物理委员会批准，并将于明年发表。  
图2.1 质子-铅核碰撞中两粒子累积矩法（左）与两粒子关联函数法（右）对前向快度区重味缪子椭圆流的实验观测结果。 （2.2）质子-质子碰撞中Ξc的产生特性研究。在√s = 5 TeV的质子-质子碰撞中通过半轻子衰变道对Ξc的pT微分产生截面进行了观测，并发现Ξc/D0产额比（如图2.2-左所示）明显高于pQCD理论计算。基于ALICE探测器，首次通过强子衰变道在√s = 13 TeV的质子-质子碰撞中对Ξc进行了完整重建（如图2.2-右所示），在其不变质量谱上观测到显著的信号。此项研究还有待进一步完善，其最终结果将对全面了解开粲强子在质子-质子碰撞中的产生机制、粲夸克碎裂函数特性，以及精确标定半轻子与强子衰变道间的分支比起到关键作用。研究结果已获批为ALICE合作组物理分析preliminary results，并在QM’19国际会议上进行了报告，相应的实验组SCI论文将有望在明年发表。  
图2.2 通过半轻子衰变道所测量的Ξc /D0的产生截面比（左），通过强子衰变道所重建的Ξc的不变质量分布。 2019年度课题组发表论文8篇（其中代表国际实验合作组主导发表论文4篇），投稿论文3篇；主办大型国内会议1次，主办小型国际研讨会3次，协办大型和重要国际会议2次；在大型及重要国际国内会议上做报告38个；参加国际会议40余人次。 主持国家重点研发计划国际科技合作重点专项项目 2 项； 主持国家基金委大科学装置联合基金重点项目 1 项； 主持国际基金委面上项目 3 项； 主持国家基金委青年科学基金项目 1 项. 高水平论文列表： [1] ALICE Collaboration, “Centrality and pseudorapidity dependence of the charged-particle multiplicity density in Xe-Xe collisions at √sNN = 5.44 TeV”, Phys. Lett. B790 (2019) 35 [2] ALICE Collaboration, “Production of muons from heavy-flavour hadron decays in pp collisions at √s = 5.02 TeV”, JHEP 09 (2019) 008 [3] ALICE Collaboration, “Measurement of charged jet cross section in pp collisions at √s = 5.02 TeV”, Phys. Rev. D100 (2019) 092004 [4] ALICE Collaboration, “Neutral pion and η meson production in p-Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV”, Eur. Phys. J. C78 (2018) 624 [5] W. Xiang, Y. Cai, M. Wang and D. Zhou, “Rare fluctuations of the S matrix at NLO in QCD”, Phys. Rev. D99 (2019) 096026 [6] R. Wan, L. Ding, F. Yang, S. Li and D. Zhou, “Jet modification at LHC energies by JEWEL”, Chinese Phys. C43 (2019) 054110 （二）夸克物质理论研究方向 夸克物质物理课题组（王新年、王恩科、侯德富、张本威、张汉中、金猛、肖博文、秦广友、丁亨通、计晨、Toru Koju、庞龙刚）。 2019年，夸克物理理论组共发表论文36篇。其中：《物理评论快报》4篇,《物理快报B》3篇，《物理评论C》5篇，《物理评论D》3篇，《欧洲物理杂志C》3篇。下面简述2019年夸克物质物理课题组主要研究进展。 1. 夸克物质理论研究进展 （1）小系统中的重味介子椭圆流产生机制 椭圆流是描述高能重离子碰撞中产生的众多粒子集体行为的一个重要物理量。大型强子对撞机上的ALICE和CMS合作组最近发现不仅轻强子有很大的椭圆流，而且测量得到质量是轻强子十倍以上的重味介子也有很大的椭圆流。因为重味介子质量相对其他轻强子来说很大，当前最为流行的相对论流体力学理论很难解释这一新的物理实验结果。在本项研究中，合作团队采用量子色动力学中的色玻璃凝聚理论计算了重夸克偶素(J/Psi)和带电轻强子的角度关联，成功地解释了大型强子对撞机上最新发现的质子－铅核碰撞中产生的重味介子的椭圆流。另外，采用同一个理论计算框架，我们还很好地解释了D介子的椭圆流的实验数据，并且预言的B介子的椭圆流得到了CMS实验组最新结果的证实。这项研究对揭示高能核碰撞中椭圆流的产生机制和探索胶子饱和现象的实验证据有重要的物理意义。相关研究结果发表在【Phys. Rev. Lett. 122, 172302 (2019)】。 （2）确定了手征相变温度。 强相互作用核物质的手征相变温度是量子色动力学理论一个基本的物理量。确定手征相变的温度对理解量子色动力学理论本身有重要意义，同时也对当前国际高能重离子碰撞实验中寻找量子色动力学临界点（QCD critical point）有着重要的理论指导作用——手征相变温度应该是QCD临界点温度的上限值。我们利用格点量子色动力学理论(Lattice QCD)，通过大型数值模拟计算了在接近于手征极限下的强相互作用核物质相变的序参量——手征凝聚及其磁化率。通过最新提出的方法第一次确定了手征极限下强相互作用核物质的手征相变温度约为132 MeV(兆电子伏特)。文章发表在：【Phys. Rev. Lett. 123 (2019)062002】。 （3）更准确和精确地确定了强相互作用手征平滑过渡的温度 由于在零重子化学势能、物理夸克质量下，QCD不存在真实意义上的相变，而是一个快速的平滑过渡。由此相转变的温度可能存在歧义。我们给出了手征相转变的严格定义——即通过具有严格定义的手征相变做质量外推。我们得到了手征相转变的温度为156.5MeV，并将精度提高了前期工作的六分之一即为1.5MeV。文章发表在：【Phys. Lett. B795 (2019) 15】。 （4）重味夸克在致密核物质中的胶子轫致辐射 基于深度非弹性散射的理论框架，我们研究了重味夸克喷注穿过致密核物质的胶子轫致辐射过程。计算中我们没有对交换动量做共线或小动量做展开，所以我们的胶子轫致辐射谱包含了交换动量的整个分布的贡献。如果假设致密核物质是由静态的重散射中心组成，并且做软胶子辐射近似，我们的胶子辐射谱会回到Gyulassy-Levai-Vitev单次散射单次辐射的结果。相关研究结果发表在：【Phys.Rev. C100 (2019) no.3, 034907】。 （5）通过单/双强子谱的压低提取喷注输运系数 我们利用次领头阶微扰QCD和高纽度能量损失模型，细致研究了相对论重离子碰撞中单强子和双强子在不同碰撞中心度下的核修正。利用与现有的单强子和双强子核修正数据相比较，我们定量抽取了RHIC和LHC条件下的喷注淬火参数。我们同时也预言了在5.02TeV铅铅碰撞和5.44TeV氙氙碰撞中双强子的核修正效应。相关研究结果发表在：【Eur.Phys.J. C79 (2019) no.7, 589】 （6）少体方法计算轻核电磁结构 运用多种少体第一性原理计算方法，我们研究了2,3H与3,4He核中的电荷、磁荷半径以及电磁多极矩(Zemach Moments)。通过对比、分析与改进不同少体理论的数值误差以及核结构模型本身的理论误差，我们有效提高了轻核电磁结构的计算精度(<2%)。该理论的预测结果与缪原子实验和电子-轻核散射实验结果具有高度一致性。相关研究发表在：【Phys. Rev. C99 (2019) 034004】。 （7）有效场理论研究6He晕中子动量分布 基于晕核团簇结构的三体模型，我们运用晕核有效场理论与三体Faddeev方程，研究了丰中子晕核6He中的晕中子的动量概率分布。在计算中，我们引入了具有能量依赖的核芯-晕中子作用势，并结合非厄米哈密顿量下的归一化与重整化条件，使理论预测具有模型独立的特征。该理论方法可被用于晕核核反应的计算中。相关研究发表在：【Few Body Syst. 60 (2019) 61】。 （8）两色QCD有质量的Landau方法 我们用有质量的Yang-Mills方法研究了两色QCD中的胶子传播子。此方法能消除Landau极点带来的artifact，很好地描述格点真空QCD的数据。但是，此方法能否用在有限重子数密度下仍然未知。我们在两色QCD的框架下测试了此方法，发现用有质量的胶子能很好地改善微扰胶子的结果，但与格点结果相比仍然不完整，这要求引入非微扰的夸克屏蔽。研究结果发表在：【Suenaga, Koju, Phys. Revs. D 100 (2019) 076017】。 （9）从高密度侧逼近中子星物理 我们细致检验了夸克模型中使用的有效耦合是否与高密度方法相匹配。这种匹配的关键问题是，简单的微扰QCD会在红外产生与Landau极点有关的人为贡献。使用有质量的Landau规范方法，微扰展开变得稳定，与真空物理更加一致。这种方法与先前基于中子星约束方法得到的结果一致。研究结果发表在：【Song, Baym, Hatsuda, Koju，Phys. Rev. D 100（2019）034018】 （10）粒子碰撞中极化的微观描述 我们提出了从第一原理出发，在粒子碰撞中由自旋轨道耦合而导致极化的微观描述。 该模型与以前基于自旋自由度的局部平衡假设的模型不同。 它是基于作为波包的粒子散射，这是处理给定碰撞参数下粒子散射的有效方法。 然后极化是自旋非平衡状态下粒子碰撞的结果。 当假定动量处于局部平衡而自旋不处于局部平衡时，自旋-涡旋的耦合自然会从碰撞积分中的极化散射振幅的自旋-轨道耦合涌现出来。文章发表在 【Phys.Rev. C100 (2019) no.6, 064904】。 （11）部分子能量损失及广义的喷注输运系数 我们利用微扰QCD方法中重新讨论了在大原子核的深层非弹性散射（DIS）中部分子的辐射性能量损失。在不对初始胶子的横向动量进行共线扩展的情况下，我们类似于在初始的高扭曲方法，计算了由双重部分散射在DIS中引起的胶子辐射谱。最后的辐射胶子谱可以用硬的部分和未积分或与横向动量有关的夸克-胶子关联的卷积来表示。TMD夸克-胶子关联可以近似分解为初始夸克分布和TMD胶子分布的乘积，而这些乘积可用来定义广义的或TMD喷注输运系数。在静态散射中心和软辐射胶子近似下，我们的结果和Gylassy-Levai-Vitev（GLV）在不透明度展开的第一阶结果一致。在静态散射中心近似下，我们还对由于软胶子辐射近似而产生的差异进行了数值研究。文章发表在 【Phys.Rev. D100 (2019) no.7, 074031】。 （12）利用贝叶斯方法在重离子碰撞中提取喷注能量损失分布 基于微扰QCD的因式分解，重离子碰撞中的喷注散射截面可以表示为p + p碰撞中的喷注截面和喷注能量损失分布的卷积。 使用该简单表达式和马尔可夫链蒙特卡罗方法，我们对喷注横动量谱的实验数据进行了贝叶斯分析，以提取在不同中心度和大型强子对撞机中两个碰撞能量下Pb + Pb碰撞中的单举喷注和γ触发喷注的能量损失分布。平均喷注能量损失与初始喷注能量有关，该能量依赖略大于对数形式，并且从中心碰撞到外围碰撞都在减小。 提取的喷注能量损失分布具有x ＝ΔpT/⟨ΔpT⟩的缩放比例而且具有较大的宽度。 这些与线性玻尔兹曼 输运模型模拟相一致，在该模拟中，实验观察到的喷注淬火平均起来仅由少数锥角外的散射所引起。文章发表在【Phys.Rev.Lett. 122 (2019) no.25, 252302】。 （13）重离子碰撞中次领头阶精度下运用喷注输运参数全局抽取的 和 介子产生 在该项工作中，我们首次计算了RHIC和LHC能级下p+p和A+A碰撞中高横动量 和 介子的产生。次领头阶（NLO）的的真空碎裂函数是通过NLO DGLAP演化由破缺SU(3)模型给出的初始标度 下的碎裂函数，而介子的真空碎裂函数直接由 参数化形式给出。由NLO微扰QCD的部分子模型，我们给出了在RHIC和LHC能级下p+p碰撞的实验结果的良好理论描述。在高扭度方法下，通过介质修正的碎裂函数来考虑喷注淬火效应，我们给出了不同的喷注输运参数 下在RHIC和LHC能级和介子的核修正因子。然后，我们通过比较 、 、、 、和该模型下理论计算核修正因子的结果和在RHIC和LHC下所有这六个强子的实验数据全局抽取出了喷注输运参数取值范围。通过这些介子产生的总 / 的最小值，我们分别给出了 下Au+Au碰撞下喷注输运参数的最佳值 , 下Pb+Pb碰撞下喷注输运参数的最佳值， 介质的时空演化由粘滞流体力学模型 给出。同时，我们也给出了在最佳取值下、、、、和在A+A碰撞下的核修正因子，也同时给出了产额比 和 在RHIC和LHC能级下高横动量区间的预言。研究结果发表在：【Eur. Phys. J. C (2019) 79:518】。 （14）通过下 碰撞中的隔离光子和光子标记喷注探测冷核效应 我们通过在次领头阶微扰QCD框架下考虑四种核部分子分部函数（nPDFs）计算 下 碰撞中的隔离光子和光子标记喷注的产生来调查其中的冷核效应。四种核部分子分部函数分别为：DSSZ，EPPS16，nCTEQ15和nIMParton。我们给出了在ATLAS合作组p+p碰撞中与实验数据符合的情况，并给出了未来碰撞的理论预言。我们分别计算了隔离光子在非常向前和向后快度区间的核修正因子与其横动量、赝快度的依赖关系，展示了向前-向后产额的对称性 与横动量的依赖关系在不同的nPDFs参数化形式下有着不同的行为。我们更进一步的讨论了在不同的平均横动量 下光子标记喷注的核修正因子 与光子标记喷注的赝快度 的依赖关系。这项研究帮助我们通过调节隔离光子和光子标记喷注的末态横动量和快度在很宽的动力学区域里来精确控制冷核效应的层析研究。研究结果发表在：【Chin. Phys. C43 (2019) no.4 044104】。 （15) 高能重离子碰撞中粲夸克在喷注内的扩散效应研究 我们基于微扰QCD的理论框架，在NLO+PS的精度下，首次研究了相对论重离子碰撞中介质效应对粲夸克在喷注中的径向分布的影响，并进一步讨论了该观测量对当前重味物理理论和实验研究的意义。由于重味夸克（粲夸克，底夸克，顶夸克）基本只产生于早期的硬碰撞，因此在夸克-胶子等离子体（QGP）的演化中是对介质性质比较干净的硬探针。我们使用蒙特卡洛事件产生器SHERPA作为baseline，用修正的Langevin方程描述粲夸克在介质中的弹性和非弹性的能量损失，基于高扭度的计算结果来模拟部分子在介质中的诱导胶子辐射，与此同时也考虑了喷注中的轻部分子的弹性能量损失。基于这一框架，我们分别计算了LHC能量下质子+质子和铅+铅碰撞中粲夸克在喷注中的径向分布，发现我们的计算结果与CMS实验组的观测一致：由于部分子和介质的相互作用，低横动量的粲夸克在喷注中有明显的由喷注中心向外围的扩散效应。我们进一步讨论了粲夸克在介质中的角度偏移（）对喷注输运参数 和 空间扩散系数 的依赖，发现在低横动量区间（0-5GeV）弹性相互作用起主导作用，并且提出了单位能量损失造成的角度偏移（）这一对敏感而对不敏感物理量，从而对重味夸克在介质中弹性和非弹性能量损失的相对贡献提供新的约束。最后我们给出了在RHIC能量下质子+质子和金+金碰撞中粲夸克在喷注中径向分布的理论预言，由于RHIC产生的QGP温度较低，所以核修正相对LHC较弱，我们也期待RHIC的实验组能对这一物理量进行测量。研究结果发表在：【Eur. Phys. J. C79 (2019) no.9, 789】。 （16) 高能核核碰撞中喷注电荷的研究 喷注平均电荷这一观测量是由R. P. Feynman等人在1978年提出来的，近年来，实验上在pp碰撞中对喷注电荷有一系列的测量，它能很好得区分夸克喷注和胶子喷注。我们用蒙特卡洛模拟的方法分别研究了的pp和AA碰撞中的喷注平均电荷，并且计算了喷注电荷的核修正因子。在pp碰撞中，夸克喷注的平均电荷随着喷注横动量的增大而增大，但是胶子喷注的平均电荷在整个横动量区间都接近0，是由于胶子本身所带电荷为0。在重离子碰撞中，初态冷核效应和末态热核效应都会对喷注平均电荷有影响。我们首先单独研究了冷核效应的影响，发现由于电荷为0的中子参与了碰撞，导致整个碰撞体系的平均电荷减少，使得喷注平均电荷有较大压低。为了研究末态热核效应的影响，我们分别计算了对心碰撞和边缘碰撞中喷注的平均电荷。在现有的理论下，我们的研究结果表明，在对心碰撞中，喷注电荷量有了明显的增大，经过分析，我们发现这是由于在核核碰撞中夸克喷注损失较少的能量，导致夸克喷注所占的份额明显增加，从而使增体喷注的电荷增大。而如果我们假定夸克和胶子损失相同的能量，则整体喷注的电荷所受到的修正很小，表明核介质对喷注电荷的修正主要是通过改变夸克和胶子的份额来实现。这也给我们提供了一个鉴别部分子能量损失对部分子味道的依赖的很好的观测量。研究结果发表在：【arXiv:1908.01518[nucl-th], Chinese Physics C, in press】。 （17）磁化率的全息研究 用Reissner-Nordstrom-ADS几何方法研究了强耦合介质的(2+ 1)维静态磁化率.探讨了坐标空间中复动量Q平面上的磁化率与Friedel类振荡的关系。与费米液体在实动量轴相交的分支割线比较，我们证明了全息磁化率在零温度极限下仍然是复动量绕实轴的解析函数。零温度下，我们解析地找到了两对支割线，它们与虚动量轴平行，但是随着端点的扭曲而远离实和虚的动量轴。我们得出的结论是，在坐标空间中，这些支割线引起了类Friedel磁化率振荡的指数衰减行为。我们还分别导出了大动量和小动量磁化率的解析形式。研究结果发表在：【Phys.Rev. D99 (2019) no.2, 026006】。 (18) 具有纵向加速度的1+1维相对论磁流体力学的研究 非对心重离子碰撞产生生很强磁场的量级为10^18 到10^19 高斯。这种瞬态电磁场可在用流体动力学描述非中心重离子碰撞的夸克胶子等离子体中引起各种新的效应。我们研究了纵向加速度效应对具有均匀横向磁场的1+1维相对论磁流体动力学(MHD)的影响。给出了一类特殊状态方程（EOS）的MHD的精确解，并分析了对一般EOS系统能量密度随了固有时间演化。我们发现了纵向加速度参数λ ，磁场衰减参数a、状态方程和初始磁化对系统能量密度和温度位形的演化有奇妙的影响。研究结果发表在：【Phys.Rev. D, in press】。 (19) 手性磁效应的三圈修正的研究 率先研究了有限温度下手性磁电流的三圈辐射修正。我们的动机是从圈图出发，对无质量QED中反常Ward恒等式的矩阵元进行辐射修正，其中来自单圈反常三角形的两个光子被再散射。通过费米子圈积分的Ward恒等式与红外奇特行为的相互作用，我们用一种简单的方法得到三圈修正，并得到它在零温度下对手性磁流的贡献。在非零温度下，静态磁场中的红外奇异性消失，三圈图不再对手性磁流产生贡献。进一步讨论了无质量QED的任意阶的推广和QCD修正。研究结果发表在：【Phys.Rev. D99 (2019) no.3, 036010】。 （20）重离子碰撞中的轻子对的产生 最近，大型强子对撞机和相对论重离子对撞机上的重离子碰撞实验成功地测量了重离子碰撞中的轻子对的产生，并且分离出双光子聚合产生轻子对的反应道的贡献。本项研究表明，背对背的低横动量的轻子对可以被用来研究重离子对撞中产生出来的夸克胶子等离子体的电磁性质，以及探测碰撞中可能产生的强磁场的展宽效应。相关研究结果发表在：【Phys. Rev. Lett. 122, 132301 (2019)】。 2.核天体物理研究进展 天体物理课题组（4名教师：郑小平、俞云伟、邱涛涛，Taishi Katsuragawa, 5名博士生）。2019年度，天体物理课题组主要研究进展简述如下。 （1）白矮星吸积诱导塌缩过程的多波段辐射研究 当白矮星从其非简并伴星吸积物质并且质量达到钱德拉塞卡极限时，核心内部的电子俘获过程会导致白矮星塌缩形成一颗快速旋转且高度磁化的中子星，并伴随着质量约为 的物质被抛射出来。新生中子星的星风与伴星物质及抛射物的相互作用将会产生多波段辐射：一方面，强大的星风照射会在数天内将伴星蒸发并在中子星周围形成一个环状结构。星风与环状物质相互作用形成一对正反激波，并通过同步辐射产生持续数天的硬X射线辐射；另一方面，中子星星风与抛射物碰撞形成的终止激波也会产生持续时间为几十天的软X射线辐射；此外，由于抛射物在早期阶段是光学厚的，由星风产生的X射线辐射并不能直接逃逸出来，而是被吸收并加热抛射物，从而产生快速演化的光学/紫外暂现源辐射。目前所观测到的一些快速演化的暂现源(如AT 2018cow)很有可能是来自于白矮星的吸积诱导塌缩过程（Yu et al. 2019, ApJL, 877, L21）。 （2）双白矮星并合过程的电磁辐射研究 当双白矮星并合后的中心产物的质量超过钱德拉塞卡极限的话，在经历了约数千年的辐射冷却和质量损失之后会塌缩形成一颗快速旋转的中子星，并伴随着质量约为 的物质被抛射出来。由于抛射物中的放射性元素衰变以及新生中子星星风的能量注入，将会产生一个非常明亮的光学辐射。在此之前，双白矮星并合的中心产物在塌缩前会像恒星从渐近巨星分支演化到行星状星云阶段一样，通过非常强烈的星风活动损失质量。因此在中心产物塌缩之后来自抛射物的光学辐射将会被星风物质吸收和散射，从而降低峰值光度，并在光变上产生一个持续时间约为数天的散射平台。当抛射物在星风环境中膨胀时，由于激波与星风环境的相互作用会产生持续时间为数年的射电辐射。如果在观测上发现这类受星风散射影响的光学暂现源以及激波相互作用导致的射电辐射将有助于我们了解并合前白矮星双星的相关物理性质以及并合后的中心产物的演化行为，并有助于研究双白矮星系统绕转及并合时产生的引力波辐射（Yu et al. 2019, ApJL, 870, L23）。 （3）伽马射线双星的高能辐射研究 伽玛射线双星是一类由致密天体和大质量恒星组成并且辐射高能伽玛射线的双星系统。我们基于星风相互作用模型研究了来自大质量伽玛射线双星系统PSR B1259-63/LS 2883的多波段非热辐射。我们研究了脉冲星风与伴星外流盘之间的相互作用，并且提出该系统的X射线和TeV 伽玛射线光变的双峰结构是由于激波区域的磁场和光子场的能量密度增强导致的。当脉冲星穿过恒星外流盘时，由于星风盘的额外压强将激波面推得更靠近脉冲星表面，使激波中的磁场增强，从而提高同步辐射光度。与此同时，激波加热星风盘物质为激波区域相对论电子的逆康普顿过程提供额外的种子光子，从而产生TeV 伽玛射线光变的双峰结构。此外，我们还探讨了PSR B1259-63/LS 2883在GeV波段耀发现象的物理起源。我们的模型可以用于解释其他类似的伽玛射线双星系统的非热辐射（Chen et al. 2019, A&A, 627, A87）。 （4）f(T)修改引力理论下反弹宇宙扰动的研究 f(T)理论是一种基于宇宙挠率的修改引力理论，在该理论中引力只含有挠率而不含有曲率。在该工作中，我们重新考察了在f(T)理论框架下所建立的反弹宇宙学图像的扰动。由于不含物质项的纯f(T)理论框架下反弹无法产生，作为最小拓展，我们同时引入了一个正则标量场，但我们假设宇宙学扰动只由引力项给出。我们利用ADM公式计算了该理论在反弹背景下的扰动，并发现了为避免在所有尺度上的各种不稳定性所需要满足的各种条件。我们指出同时满足这些条件的困难性，但若\dot f_T（f(T)对T求导后在对时间求导得到的函数）在反弹点不连续的话，这些条件可以被同时满足，从而得到一个健康的反弹解。该结论对一般f(T)理论来说均可适用（Qiu et al., 2019, Eur. Phys. J. C 79:261）。 （5) 对各种早期宇宙图像简并性的研究 目前描述早期宇宙演化的可能图像已有很多，由于它们之间可以建立“共形等价性”关系，在CMB观测中它们均可以给出相同或相近的观测结果（包括功率谱、谱指数和张标比等等），因此CMB观测对这些图像是简并的。为了打破这种简并性，在这篇文章中我们考虑一种“框架不变量”，该概念最早由A. Ijjas和P.J.Steinhardt在2015年提出。我们指出，不同的图像在这样一种由框架不变量构成的参数空间中的分布是不同的，因此可以作为打破这种简并性的办法。如果将来的实验可以对这样的参数空间作出限制，我们便能够判断描述早期宇宙的确切图像（Luan et al., accepted by Phys. Rev. D.）。 （6) 早期宇宙中的F(R)引力理论 人们普遍认为屏蔽机制是修改引力理论的一个根本性质。虽然该机制在过去数十年已被充分检验，这些检验对物质部分仅仅基于通常的流体描述。在本文中，我们指出一种新的对变色龙机制的阐述方法，并期待它可帮助我们分析变色龙机制的量子场论效应以及由物质诱导的标量子的物理。我们展示出在超出粒子物理标准模型的、具有标度不变性的早期宇宙图像中，变色龙机制有可能消失；而在该图像中，电弱相变在产生出今天所需的重子不对称性的同时也可破坏其标度不变性。我们还简要讨论了标量子场的震荡以及由电弱相变所诱导的非张量形引力波的间接产生（Katsuragawa et al., 2019, Chin. Phys. C43 no.10, 105101.）。 （7）F(R)引力理论下的引力波 我们讨论了F(R)引力理论中产生的引力波标量模式，并考虑了变色龙机制。通过假设一个玩具模型——其特定的物质分布可再现地面引力波观测站的探测实验环境，我们发现与引力波的张量模式相比，地球大气中的标量波明显地被变色龙机制抑制了。我们还讨论了利用现有的重力观测站探测和约束标量波的可能性，并提出了未来天基观测的必要性（Katsuragawa et al., 2019 Phys. Rev. D99 no. 12, 124050）。 （8） dRGT有质量引力中相对论星的屏蔽和非屏蔽解 我们研究了de Rham-Gabadadze-Tolley（dRGT）有质量引力非最小模型在平直参考度规下的静态球对称位型。考虑到修正的托尔曼-奥本海默-沃尔科夫方程、比安奇恒等式和能量动量守恒，我们为这个参考度规的径向坐标找到了一个新的代数方程。我们证明了该方程在dRGT质量引力最小模型中不存在Vainshtein机制，并且它的解有两个分支，一个与Schwarzschild时空相联系，而另一个与非最小模型中的渐近平坦时空有显著的偏差。本文还简要讨论了在dRGT有质量引力框架中相对论星的边界条件及其与一般恒星质量－半径关系的潜在联系（Yamazaki et al., 2019, Phys. Rev. D100 no. 8, 084060）。 2019年度课题组发表论文9篇，参加国际会议10人次，出国/境访问4人次，国际会议报告4次，毕业硕士研究生6人、博士研究生2人，无新增基金项目，在研国家级基金项目5项。 高水平论文列表： 1. Yu Yun-Wei; Chen Aming; Wang Bo, Optical and Radio Transients after the Collapse of Super-Chandrasekhar White Dwarf Merger Remnants. 2019, ApJL, 870, L23 2. Yu Yunwei; Chen Aming; Li Xiangdong, X-Ray Transients from the Accretion-induced Collapse of White Dwarfs., 2019, ApJL, 877, L21 3. Chen Aming; Takata Jumpei; Yi Shuxu; Yu Yunwei; Cheng Kwongsang, Modelling multiwavelength emissions from PSR B1259-63/LS 2883: Effects of the stellar disc on shock radiations., 2019, A&A, 627, A87 4. Li Yongsen; Chen Aming; Yu Yun-Wei, Observational signature of a wind bubble environment for double neutron star mergers. 2019 RAA, Vol. 19 No. 8, 115 5. Taotao Qiu; Kun Tian; Shaojun Bu, Perturbations of bounce inflation scenario from f (T) modified gravity revisited, 2019, Eur. Phys. J. C, 79:261 6. Ze Luan; Taotao Qiu, Towards degeneracy breaking of early universe models, accepted by Phys. Rev. D. 7. Taishi Katsuragawa; Shinya Matsuzaki; Eibun Senaha, F(R) gravity in the early Universe: Electroweak phase transition and chameleon mechanism, 2019, Chin. Phys. C43 no.10, 105101. 8. Masashi Yamazaki; Taishi Katsuragawa; Sergei D. Odintsov; Shin’ichi Nojiri; Screened and unscreened solutions for relativistic star in de Rham-Gabadadze-Tolley massive gravity, 2019, Phys. Rev. D100 no. 8, 084060. 9. Taishi Katsuragawa; Tomohiro Nakamura; Taishi Ikeda; Salvatore Capozziello, Gravitational waves in F® gravity: Scalar waves and the chameleon mechanism, 2019, Phys. Rev. D99 no. 12, 124050. （三）粒子物理及高能碰撞唯象学研究方向 1.复杂性系统的物理研究 统计物理与复杂系统课题组（4名教师：李炜、池丽平、邓为炳、蔡勖）5名博士生：邓盛锋、张文俊、谢容容、申建民、马飞）。2019年度，课题组主要研究进展简述如下。 （1）非平衡相变系统的深度学习 利用监督学习，研究了非平衡有向逾渗（DP）过程的临界行为。利用对小系统蒙卡位形的机器学习，精确预测该相变的临界概率阈值。同时可以通过合适的标度变换和标度关系，给出表征该相变临界行为的空间关联指数、时间关联指数和特征时间指数，与蒙卡结果非常吻合。（文章已经完成，准备投稿）  （2) 人类语言复杂系统的量化和理论研究 利用随机矩阵理论分析人类语言、蛋白质和DNA的谱特性。将随机矩阵的三个基本模型（Beta系综、Disordered系综和Thinned系综）结合起来构造出新模型，用来分析人类语言、蛋白质和DNA三个系统的谱特性。研究结果表明，三个系统的局域统计（即最近邻分布）比长程统计（即方差）更具有鲁棒性，长程统计呈现出超泊松分布行为。 
（3) 中国城市空气质量指数的模式与关联研究 空气质量与人类健康、日常生活息息相关，随着我国工业化和城市化进程的加速，空气污染成为重要的民生问题。基于中国城市空气质量指数的时间序列，从复杂网络和可视图时间序列分析视角，重点研究空气质量的宏观普适性，城市间空气质量的关联与聚类分析，以及不同模式空气质量的微观机制。研究结果对于改善空气污染（从地理环境和周围城市间关联的视角）具有理论指导意义。（论文审稿中） 
（4) 输运网络动力学研究 基于移动节点网络输运模型，对移动节点通信半径服从幂律分布的情况进行了研究。通过对网络结构分析，发现网络的出度分布服从幂律分布，入度分布服从泊松分布。当数据包的生成率小于临界值时，网络处于自由态，反之则为阻塞态。节点通信半径异质性越强，网络的输运效率越低。（论文已经发表） 
发表文章列表 [1] Z. Su, S. Liu, W. B. Deng, W. Li and X. Cai, Transportation dynamics on networks of heterogeneous mobile agents, Physica A 523 (2019) 1379–1386. 新增或正在主持的基金情况 国家自然科学基金面上项目，“遗忘-记忆传播模型的复杂动力学和相变特征研究”，2019-2022，62万 毕业的研究生人员数及名单 申建民、李志艳、程智胜 参加国际及国内重要会议报告及邀请报告数 第十届海峡两岸统计物理会议，2019年8月12日-16日，台北，淡江大学（1个邀请报告） 第十五届全国复杂网络会议，2019年10月10-12日，江苏，镇江大学（1个分会报告） “神经网络与复杂网络研讨会”，2019年12月2-4日，湖北，三峡大学（1个邀请报告） 下五年计划 积极申请国家自然科学基金面上项目、国际合作项目；加强国际合作，特别是与美国弗吉尼亚理工大学、加拿大瑞尔森大学的合作；在研究方面开拓新的方向，特别是机器学习及在统计物理中的应用。 2.粒子物理实验及理论研究 粒子物理课题组（7名教师：杨亚东、谢跃红、陈绍龙、李新强、尹航、张冬亮、袁兴博；8名博士后：肖栋、Biplab Dey、Maitreyee Mukherjee、胡权宜、张欣、Yu Muramatsu、Shuichiro Funatsu，Amit Dutta Banik， 23名博士生。） 2019年度，粒子物理课题组主要研究进展简述如下。 （1）高精度测量B介子中的CP破坏参数 首次使用了LHCb探测器所收集的13 TeV质子-质子对撞数据，精确测量 介子的CP破坏参数 。CP破坏可以用来解释宇宙中正反物质不对称性，而目前已发现的CP破坏并不足以解释这个现象，因此在实验上发现更多的CP破坏源有着重要的物理意义。文章中使用2011-2012年LHCb探测器所采集的质子-质子对撞数据精确测量，属于实验上首次使用LHCb 13TeV的数据来进行测量，取得了目前世界上最为精确的单个实验测量结果（ rad，其中第一个误差为统计误差，第二个为系统误差）。将结果与以前的结果合并，并联合更多的衰变道，最终取得了世界上最为精确的测量值。这篇文章为华中师范大学联合清华大学、爱丁堡大学等国内外单位完成的，测量结果与标准模型预言值一致。文章发表在了【Eur. Phys. J. C 79 (2019) 706】。  （2）在 衰变中确定奇异态强子态 2014年，Belle实验通过 衰变道，在 中发现了一个新的奇异态强子， 。如何在实验上确认奇异态强子的成分变得非常关键，而由于大量的态的贡献存在，同时由于实验上对这些粒子的测量精度并不高，因而成为了奇异态强子物理里面的一个难点。文章利用了LHCb探测器在Run1所收集的数据，并使用了4维角度分析来确定奇异态强子的贡献。其中，这个LHCb分析统计量分别是Babar实验所用到数据的40倍，Belle的20倍。在模型无关的分析中，最终并未能确定非态贡献的准确来源，但是再次确认了在4200MeV有一个形状，同时在4600 MeV也有一个未知的形状。最终确认这些奇异态是否为四夸克态，并最终确定它的性质，需要完整的分波分析。这个分析由华师LHCb组博士后Bipab独立完成，最终发表在了【Phys. Rev. Lett. 122, 152002 (2019)】。 
（3）实验首次发现在 衰变 LHCb合作组在2015年发现了五夸克态，迅速成为了热门话题。而 这种衰变模式可以用来寻找 或者末态中的五夸克态，同时可以在 末态中寻找胶球。 在树图阶， 介子衰变到属于Cabibbo压低过程，介子衰变到属于Okubo-Zweig-Iizuka压低过程（理论预言它的衰变分支比大约在 这个量级上）。最终，我们在实验上首次发现了这两个衰变过程，其中介子的衰变分支比与理论预言一致，而介子衰变分支比比理论预言高出两个量级，但是并未发现有共振态的贡献。后续需要有更多的数据来进行五夸克态以及胶球的需找。这篇文章为华中师范大学联合意大利米兰大学完成，测量结果发表在了【Phys. Rev. Lett. 122 (2019) 191804】。
 （4） 子反常磁矩在 对称双Higgs二重态模型中的研究  子反常磁矩的长期测量始终与标准模型的理论预言存在3σ左右的偏差。这一长期结果暗示着超出标准模型的新物理效应。在解释这一偏差的新物理模型中，双Higgs二重态模型提供了一种简单的解释。然而这一解释往往需要很轻的中性标量或赝标Higgs 玻色子。换言之，我们需要一对质量差别很大的标量和赝标Higgs 玻色子。但是这样的玻色子会对一些精确测量的观测量带来很大的贡献以致违背了实验测量结果。我们发现，即使在标量和赝标Higgs 玻色子具有类简并质量的条件下，通过两圈Barr-Zee图仍有可能解释muon的反常磁矩测量，而这一质量类简并可以通过U(1)对称性得到。
我们的结果提出了一种可以避免得到一对质量差别很大的标量和赝标Higgs 玻色子的解释方案，从而对推广双Higgs二重态模型提供了一种新的方向。结果发表在了【Phys.Rev. D99 (2019) no.3, 035010】 （5） 反常的R宇称破缺解及它们在大统一能标处的统一 近年来，在 衰变中发现的 反常引起了很多关注。我们讨论了在大统一理论假设下R宇称破坏相互作用解释反常的可能性。为了解释反常，需要较大的R宇称破坏耦合和1TeV附近的费米子超对称伴子质量（见图1所示）。 
图1：绿色区域为满足实验值的参数空间。 同时，我们发现较大的R宇称破坏耦合有利于实现大统一理论模型中的底夸克- 轻子汤川耦合矩阵的统一。另一方面，在受限制的最小超对称模型中实现上面需要的较大的R宇称破坏耦合和1TeV附近的费米子伴子质量存在困难。为了解决这些问题，我们给出了两个非普适性，即非普适的费米子伴子质量和非普适的规范玻色子伴子质量，是受欢迎的（见图2所示）。相关研究成果见【Phys.Rev.D99(2019)015008】 
图2：两个非普适性条件下，费米子伴子质量在1TeV处的取值范围。 （6）标准模型有效场理论中对 过程的研究 我们在标准模型有效场理论框架内研究了具有相同夸克层次 的过程： 、 、 、和。在华沙基中，与该过程最相关的六维算符有 、 、 和。我们发现在考虑 介子寿命的限制之后，单个算符或者仍然可以在1 内解释 反常，而单个算符被的测量值在大于3的水平上排除了（见图1所示）。 
图1：单个新物理威尔森系数 对的贡献。 通过极小化利用物理量 、 、 、和构造的 函数，我们得到了11组最可信的最优解方案，每种方案都能在1内解释反常（见图2所示）。为了进一步区分这些不同的方案，我们分别在每一种方案下预言了31个观测量，发现大部分方案都可以由这些观测量和它们之间的关联区分开。相关研究成果见【Eur.Phys.J. C79(2019)264】 
图2：分别在标准模型（黑色）和11组最优解方案（其它颜色）中对 的预言值。 （7）在次最小超对称模型内基于味展开定理研究 混合和衰变 由于标准模型中 的预言值比实验测量值偏大，我们在非最小味破坏的不变次最小超对称模型中，基于味展开定理详细研究了混合和 衰变。我们考虑了两类夸克伴子味结构：味守恒的非对角元 都存在而味破坏的非对角元 和 分别存在于I类和II类中。在这两种味结构中分别讨论了对中性玻色子伴子是有限阶而对夸克伴子和带电玻色子伴子是任意阶的质量插入阶数估计办法。最后的解析结果可以直接表示为原始拉氏量中在相互作用基下的参数，便于利用实验测量值来限制这些参数。最后我们发现在这两类味结构中，次最小超对称模型的贡献都可以解释的偏离，同时满足来自实验上对和 衰变分支比的限制（见图1所示）。相关研究成果见【JHEP06(2019)133】 
图1：在I类（左）和II类（右）味结构中，相关物理量允许的新物理参数空间。 （8）微扰QCD框架下粲偶素 到 辐射衰变的研究  辐射衰变过程对于检验微扰QCD在粲偶素能区的适用性以及抽取 系统的混合角都起着非常重要的作用。利用轻介子的光锥分布振幅，在微扰QCD框架下我们详细地研究了辐射衰变过程(相关的费曼图如图1所示)。借助于螺旋度投影算子方法，我们解析地计算了涉及到的单圈积分。非常有意思的是，我们发现衰变分支比 对轻夸克质量以及布振幅形状的依赖都不敏感。利用 渐进形式的跃迁形状因子抽取得到的混合参数作为输入，我们计算得到的衰变分支比与实验测量值相一致。作为交叉检验，我们利用 ， 以及它们的实验值，抽取出混合角为 (如图2所示)。 这一结果与利用渐进形式的跃迁形状因子抽取得到的混合角相一致。
 
图1： 过程的领头阶费曼图。 左边对应夸克组分的贡献，右边对应胶子组分的贡献。 这些研究成果不仅澄清了 过程究竟是由非微扰还是微扰贡献占主导的问题，而且还进一步检验了微扰QCD在粲偶素能区的适用性。相关研究成果见【Nucl. Phys. B943 (2019) 114627】。 
图2：比值 对混合角 的依赖关系。 （9） 衰变过程在 宇称破缺超对称下的研究 在B介子半轻衰变过程中发现了轻子味普适性破坏的一些迹象，基于一些实验上的观测，我们在R宇称破缺超对称下对 反常进行了研究。在这种方案下，下型夸克伴子可以通过树图对 过程产生影响，从而解释反常现象。除了 过程，我们还研究了 ，过程，对这五个衰变过程的观测量进行了分析，发现微分分支比比值 ，，在大的双轻子不变质量区域有显著的增强。我们用不同低能味过程最新的实验数据对R宇称破缺超对称的参数进行了约束（见图1），得到了它们之间的相互关联（见图2所示）。 
图1： TeV时的允许参数空间 这些研究结果有助于进一步揭示 反常现象，也可以起到检验R宇称破缺超对称的作用。相关成果见【Chin.Phys.C43(2019)083103】。 
图2：各观测量之间的关联。 （10）微扰QCD框架下双光子到赝标介子对散射过程中twist-3修正的研究 双光子到赝标介子对的散射过程为理解QCD的微扰和非微扰结构提供了理想的场所。在基于因子化的微扰QCD框架下，我们首次计算了 散射过程的twist-3修正(相关费曼图如图1所示)。考虑苏达科夫重求和及阈值重求和效应之后，非微扰贡献，尤其是来自端点的非微扰贡献，能够被有效地压低。 
图1： 过程的4类领头阶费曼图。 我们的计算结果表明，在中等能区横向动量效应和twist-3修正均对散射截面有重要贡献。特别值得指出的是，在几个GeV能区这些过程的散射截面由twist-3贡献占主导(如图2所示，对于过程， ，对于 过程，)。考虑twist-3修正后，以及的散射截面值均能较好地与实验测量值相符合。  
图2：微扰QCD框架下 及过程的散射截面及其实验测量值。 这些研究结果进一步检验了在几个GeV能区微扰QCD计算的自洽性和适用性。相关研究成果见【Eur.Phys.J.C79(2019)765】。 （11）微扰QCD框架下粲偶素 到 辐射衰变的研究 借助于P-波粲偶素 到 辐射衰变过程，我们可以进一步探究描述混合的混合机制，而这一混合机制对于理解与介子相关的许多现象都起着重要的作用。在微扰QCD框架下，我们解析地计算了到辐射衰变过程(相关的费曼图如图1所示)所涉及到的单圈积分。我们的数值结果表明中夸克组分和胶子组分对该过程都起到重要的作用。另外我们发现衰变分支比对轻夸克质量以及分布振幅形状的依赖都不敏感，这就为我们抽取系统的混合角创造了非常好的条件。利用，以及它们的实验值，我们抽取出混合角为(如图2所示)， 且这里抽取的混合角与利用 抽取的混合角一致。  
图1： 过程的领头阶费曼图。 左边对应夸克组分的贡献，右边对应 这些研究成果不仅有助于我们理解QCD微扰和非微扰效应之间的相互作用，而且对于获取更多混合机制的信息也起到非常重要的作用。相关研究成果见【Phys.Rev.D100 (2019)034005】。 
图2：比值 对混合角 的依赖关系。蓝色带子是考虑 的不确定度后我们的计算结果。黄色带子是考虑1 误差下的实验值。 （12）微扰QCD框架下 衰变过程中的直接CP破坏 B介子非轻衰变在研究CP破坏起源，无论是在理论还是在实验上都起到至关重要的作用。近期，LHCb合作组在B介子三体非粲衰变 在 和 区域内发现大的CP破坏。这为我们研究CP破坏提供机会。为了研究衰变过程中大的破坏CP，我们需要引入混合机制对CP破坏的影响。在微扰QCD框架下，为了得到衰变振幅需要从有效哈密顿入手，计算相关费曼图（图1）。 
图1： 领头阶费曼图 我们发现，当 的不变质量在 质量共振区域中，通过 混合CP破缺获得了极大增强，最大CP破缺达到5.98%(图2)。相关研究成果见【Phys.Rev.D99(2019)116009】 
图2： 随 变化的关系图 （13）利用多顶夸克产生末态对Higgs宽度和顶夸克Yukawa耦合常数的测量 提出在强子对撞机LHC上通过四顶夸克产生，以及结合Higgs-顶夸克对的联合产生可以对Higgs 粒子的衰变宽度、顶夸克 Yukawa 耦合常数以及其CP性质进行测量和给出限制。在13 TeV LHC上，四夸克产生过程有能力在亮度为350/fb排除耦合常数大小跟SM相等的纯CP odd的Higgs，而在680/fb亮度下，有能力排除纯CP odd Higgs,无论耦合常数的大小。利用四顶夸克末态、Higgs-顶夸克对联合产生以及Higgs产生衰变到双光子末态的寻找，对现有的结果进行拟合，得到Higgs的宽度上限为3.04个标准模型理论值，这个结果可以跟ATLAS和CMS通过其他的方法得到的测量值比较。【Phys.Rev.D99 (2019)113003】 （14）LHC上三顶夸克产生的研究 研究了在13TeV LHC上三顶夸克产生的过程。指出三顶夸克的产生需同时具有味破坏中性流和味守恒中性流过程。采用有效6维算符来描述该过程，通过在LHC上对三顶夸克和四顶夸克产生过程的交叉分析，给出了有效算符系数的（预期）限制。【Phys.Rev.D100(2019)055035】 2019年度课题组发表论文（18）篇，主办国际会议0次，参加国际会议5人次。 高水平论文列表： 1. Model-independent observation of exotic contributions to  decays,
LHCb Collaboration
Phys. Rev. Lett. 122 (2019) 152002 2. Observation of  decays and precision measurements of the  masses,
LHCb Collaboration
Phys. Rev. Lett. 122 (2019) 191804 3. Updated measurement of time-dependent CP-violating observables in  decays,
LHCb Collaboration
Eur. Phys. J. C 79 (2019) 706 4. Muon  in a  -symmetric Two-Higgs Model Shao-Ping Li, Xin-Qiang Li, Ya-Dong Yang Phys.Rev.D99(2019)035010 5.  mixing and  decay in the NMSSM with the Flavour Expansion Theorem Quan-Yi Hu, Xin-Qiang Li, Ya-Dong Yang, Min-Di Zheng JHEP 1906 (2019) 133 6.  transitions in the standard model effective field theory Quan-Yi Hu, Xin-Qiang Li, Ya-Dong Yang Eur.Phys.J.C79 (2019) 264 7. R-parity violating solutions to the  anomaly and their GUT-scale unifications Quan-Yi Hu, Xin-Qiang Li, Yu Muramatsu, Ya-Dong Yang Phys.Rev.D99(2019)015008 8. Direct CP violation for  in perturbative QCD Sheng-Tao Li, Gang Lü Phys.Rev.D99 (2019) 116009 9. The radiative decays of  to the light mesons  : a perturbative QCD calculation Chao-Jie Fan, Jun-Kang He Phys.Rev.D100 (2019) 034005 10. Revisiting the radiative decays  in perturbative QCD Jun-Kang He, Ya-Dong Yang Nucl.Phys.B943 (2019) 114627 11. Studyi decays in supersymmetry with  -parity violation Dong-Yang Wang, Ya-Dong Yang, Xing-Bo Yuan Chin.Phys. C43 (2019) no.8, 083103 12. Phenomenology of decays in a scalar leptoquark model Han Yan, Ya-Dong Yang, Xing-Bo Yuan Chin.Phys. C43 (2019) no.8, 083105 13. Twist-3 contributions to  processes in perturbative QCD approach Cong Wang, Jun-Kang He, Min-Zhen Zhou Eur.Phys.J.C79 (2019) 765 14. Forward-backward asymmetry in the gauge-Higgs unification at the International Linear Colliders Shuichiro Funatsu Eur.Phys.J.C79 (2019) 854 15. GUT inspired  gauge-Higgs unification Shuichiro Funatsu, Hisaki Hatanaka, Yutaka Hosotani, Yuta Orikasa, Naoki Yamatsu Phys.Rev.D99 (2019) 095010 16. Scalar leptoquark effects in the lepton flavor violating exclusive  decays Jin-Huan Sheng, Ru-Min Wang, Ya-Dong Yang Int. J. Theor. Phys. 58(2019) 480 17. What can We Learn from Triple Top-Quark Production? Qing-Hong Cao, Shao-Long Chen, Yandong Liu, Xiao-Ping Wang Phys. Rev. D100 (2019)055035 18. Limiting top quark-Higgs boson interaction and Higgs-boson width from multitop productions Qing-Hong Cao, Shao-Long Chen, Yandong Liu, Rui Zhang, Ya Zhang Phys. Rev. D99 (2019)113003 新增或正在主持的基金情况： 自然科学基金青年项目（2项）：张冬亮，袁兴博 自然科学基金面上项目（5项）：杨亚东、陈绍龙、李新强、谢跃红，尹航， 自然科学基金重点项目（1项）：谢跃红（主持），杨亚东（参与），李新强（参与） 国家重点研发计划项目（1项）：谢跃红（主持），尹航（参与） 毕业的研究生人数及名单： 毕业的硕士生（8）：戚温温、杨爽、何军、茹媛、周波，李少平，刘泽坤，高悦宁 毕业的博士生（5）：颜涵，盛金环，何俊康，郑旻笛，王东洋 下个五年计划： 平稳有序发展，实验、理论方向各引进1-2人。 3. 高能碰撞唯象学 高能碰撞唯象学课题组（5名教师：吴元芳，杨纯斌，周代梅，许明梅，李治明）。 2019年度工作汇报 成果亮点： （1）通过固定点确定相边界 （张雁华 et. al., Phys. Rev. E 100, 052146 （2019）） 为了从实验上确定QCD相图，人们提出了相对论重离子碰撞的能量扫描（RIHC BES I， II）计划。希望通过对临界起伏敏感观测量（守恒荷的高价累积矩）的测量，从实验上定出QCD相图的位置。但是， 如何通过观测量在相平面的变化定量确定相边界？目前，尚没有具体可行的定量方法。 根据重整化群理论，在临界温度附近，有限尺度系统的观测量满足有限尺度标度规律，如图1（a）。因此，传统的做法是：先选定临界温度和指数，然后，将观测量在不同系统尺度、温度的结果画图1（a）所示的标度曲线图，如果，标度曲线成立，则所选临界温度和指数正确。显然，这样用肉眼所看的标度曲线的好坏具有不确定性，也无法看到观测量如何随临界参数变化。 我们知道，有限尺度标度规律也意味着固定点行为，即：不同系统尺度系统，其标度函数随温度的变化曲线在临界温度处交于一点，即固定点，如图1（b）。固定点行为不仅存在于二级相变的临界点，也存在于一级相变的相变线上，如图1（d）。一级相变和二级相变的差别在于临界指数，前者是整数，后者是分数。  .
显然，如果我们能定量的描述观测量的固定点行为，即： 在远离临界温度的时候，不同系统尺度的观测量彼此分离；接近临界温度的时候，不同系统尺度的观测量彼此靠近。那么， 我们就可以严格地确定固定点的温度、临界指数率参数（我们用a表示）。为此，我们通过定义在给定温度时，不同系统尺度观测量之间的宽度：D（T，a）=,  它是温度和临界指数率的函数。随着温度和指数率参数的变化，如果不同系统尺度的观测量在实验误差范围内交于一点的时候，则D有最小值，所对应的温度和指数率即临界温度和临界指数率。 在crossover区，观测量不随系统尺度改变，如果我们推广固定点行为到这个区域，其对应的临界指数率就是0. 因此，所定义的宽度D(T,a)，在一级、二级相变和crossover的特征如图2的I、II、III所示。我们可以在 (T, a) 平面根据D的极小值来确定对应的临界（相变、相转变）温度和临界指数率。 
为了显示所定义宽度在确定固定点参数时的有效性， 我们将其应用于由三维三态Potts自旋模型（它与QCD相变有相同Z(3)所产生的三个样本，其外场分别经过了有临界点、一级相变线和crossover区。样本所有信息只是观测量（一阶累计矩---序参量）在不同系统尺度和温度下的结果。在这三个样本中，我们分别计算了给定温度和临界指数率的情况下，标度观测量的宽度D(T,a), 如图3所示。 由图3（a）、(b)、（c）的等高线，可以清楚地看到，宽度随温度和临界指数率的变化存在一个极小值，这个极小值所对应的温度和指数率特征分别是：临界点、一级相变和平滑过渡。其数值和由传统方法给出的参数精确吻合。 由此可见，通过我们定义的宽度可以系统、定量地确定一级、二级相变以及平滑过渡所对应的固定点（即相边界）的参数。这对RHIC能量扫描确定QCD相边界有重要指导意义。 
（2）RHIC能量扫描下质子数的间歇性质 研究QCD相图并确定临界点的位置是高能重离子碰撞实验中重要的目标之一, RHIC/STAR合作组的实验覆盖QCD相图上较大的能量区域,而通过分析重离子Au+Au 碰撞实验产生的数据，来测量重离子碰撞中的间歇现象，将进一步促进QCD临界点的研究。该项工作，通过系统地测量Au+Au 碰撞实验中标度指数随碰撞能量和中心度的依赖关系，可能为夸克胶子等离子体到强子物质的相变提供证据, 并希望测量到临界点在QCD相图上的位置。目前已经测量了在RHIC/STAR能量扫描中7.7，11.5，14.5，19.6，27，39，62.4，200 GeV Au+Au对撞下质子数的标度指数ν。对于0-5%中心碰撞，v 的大小随着碰撞能量的降低而降低，并且在  = 20-27GeV 范围内达到最小值，预示着Au+Au碰撞的ν值在此范围内发生明显的变化，说明碰撞系统的间歇发生明显变化。同时，从中心度为0-5%碰撞到中心度为30-40%碰撞，v 值都一直增大，说明v值的大小和碰撞系统的大小成反比。该项工作的初步结果已在2019年Quark Matter 会议展示。 图1：左图，Au+Au 碰撞中能量=7.7 - 200GeV下的ν值和能量的依赖关系。右图，Au+Au 碰撞中能量=19.6, 27, 39GeV下的ν值和中心度的依赖关系。 （3）基于三维Ising模型的密度涨落与间歇指数的关系 利用三维Ising普适类的二级相变机制的临界蒙特卡洛模型来研究目前STAR实验上已经测量到的金-金碰撞在20-27GeV能区的大重子数密度起伏与表征无穷自相似性的间歇指数之间的关系。通过STAR实验已经测量的从7.7-200GeV的轻核粒子的产生得到的重子数密度起伏得到不同碰撞能量下的间歇指数。研究在不同BES I能量下的标度性质（如图2所示）。目前，该项成果已发表在arXiv:1901.11193, 已经被Physics Letters B接收，并在QPT2019会议上汇报。 
图2，Au+Au 中心碰撞系统下，二阶间歇指数和碰撞能量的依赖关系 （4）SRHIC/STAR实验中金-金200GeV能量下守征磁效应的研究 利用电荷平衡函数(Signed Balance Fucntion)方法对RHIC/STAR能量扫描中200GeV金-金对撞下由于磁场作用而导致的电荷分离现象进行研究。理论研究表明重离子对撞初期由于旁观质子的运动而产生的磁场会导致末态粒子的分离现象，即守征磁效应，但由于背景的影响，比如流、共振态的衰变和自旋极化都会导致末态粒子的分离，项目组成员利用的电荷平衡函数的方法进行了研究，该方法能够很好的区分背景与信号，如果r和RB都同时大于1，那么很有可能表示我们观测到了守征磁效应。我们的初步结果（如图所示）表明r和RB都同时大于1，且它们的值大于AVFD模型没有守征磁效应情况下的值，该结果表明有可能观测到了守征磁效应。目前计划利用AVFD模型对该观测量对于横动量、局部电荷守恒的影响进行研究。该工作的初步结果已在2019年在武汉召开的Quark Matter 2019会议上汇报。 图3：r（左图）和RB（右图）随中心度依赖结果 发表文章列表： [1 ] Jin Wu, Yufu Lin, Yuanfang Wu, Zhiming Li, Probing QCD critical fluctuations from intermittency analysis relativistic heavy-ion collisions, Phys. Lett. B 801, 135186(2020). [2 ] Yanhua Zhang, Yeyin Zhao, Lizhu Chen, Xue Pan, Mingmei Xu, Zhiming Li, Yu Zhou, and Yuanfang Wu, Locating fixed points in the phase plane, Phys. Rev. E100, 052146(2019). [3] Duan She, Ze Fang Jiang, Defu Hou* and C.B. Yang, 1+1 dimensional relativistic magnetohydrodynamics with longitudinal acceleration, Phys. Rev. D 100 (2019) 11, 116014. [4] Xiong-Tao Gong , Ze-Fang Jiang* , Duan She and C. B. Yang* , Viscous Hydrodynamic Description of the Pseudorapidity Density and Energy Density Estimation for Pb+Pb and Xe+Xe Collisions at the LHC, Universe 5 (2019) 5, 112. [5] Guang-Lei Li(李光磊), Chun-Bin Yang(杨纯斌), Hadronization from color interactions, Chin. Phys. C 43 (2019) 5, 054104. [6] G L Li and C B Yang, Azimuthal correlations of particles in a non-central rapidity region in high energy heavy ion collisions, J. Phys. G 46 (2019) 3, 035006. [7] Feng-Xian Liu, Gang Chen,Zhi-Lei She, Liang Zheng, Yi-Long Xie,Zi-Jian Dong, Dai-Mei Zhou, and Ben-Hao Sa, Phys. Rev. C, 2019.3.14, 99(3)：0~034904. [8] Feng-xian Liu, Gang Chen, Zhi-lei Zhe, Dai-mei Zhou, and Yi-long Xie, Light (anti)nuclei production in Cu+Cu collisions at √sNN = 200GeV, Eur. Phys. J. A (2019) 55: 160 [9] Kristiya Tomuang, Panadda Sittiketkorn, Pornrad Srisawad, Ayut Limphirat, Yu-Liang Yan, Gang Chen, Dai-Mei Zhou, Chinorat Kobdaj and Yupeng Yan, Production of K−pp and K+¯ p¯ p in pp collisions at√s=7 TeV, Phys. Rev. C 99, 034002 (2019). 新增或正在主持的基金情况： 在研项目： [1] 吴元芳、李治明，参加科技部的政府间国际科技创新合作重点专项（The Ministry of Scicence and Technology (MoST) under grant No. 2016YFE0104800 ）极端条件下核物质新形态关键特征的研究； 总金额： 414.9（华师：75万）； 时间：2016.12—2019.12。 [2] 周代梅，主持国家自然科学基金面上项目：高能核碰撞中奇异产生研究（11775094）；直接费用：54万；时间：2018.01-2021.12。 毕业的研究生人员数及名单： 博士生研究2人（江泽方，李光磊），导师：杨纯斌。 参加国际及国内重要会议报告及邀请报告数： （1） 林裕富：STAR Collaboration Meeting Mar. 29 - Apr 2, 2019, BNL, Study the CME effect in AuAu collisions at 200 GeV with signed balance function.（分会场报告） （2） 林裕富：STAR Collaboration Meeting Aug. 19, 2019, Cracow Poland, Measurement of charge separation along the magnetic field with Signed Balance Function in 200 GeV collisions at STAR (远程分会场报告) （3） 林裕富：STAR Pre-QM Meeting Oct. 29 - Nov. 1, 2019, Qingdao Measurement of the charge separation along the magnetic field with Signed Balance Function in 200 GeV Au + Au collisions at STAR (分会场报告) （4）林裕富：Quark Matter 2019 - the XXVIIIth International Conference on Ultra-relativistic Nucleus-Nucleus Collisions, Wuhan, China, during November 4-9, 2019, Measurement of the charge separation along the magnetic field with Signed Balance Function in 200 GeV Au + Au collisions at STAR(分会场报告) （5） 吴锦：The 13th Workshop on QCD Phase Transition and Relativistic Heavy-Ion Physics(QPT2019), Enshi, Aug16-Aug19, Probing QCD Critical Fluctuations form Intermittency in Relativistic Heavy-Ion Collisions. （6）吴锦：STAR Analysis Meeting (Pre-QM2019), Qingdao, Oct29-Nov1, Measurement of Intermittency for Charged Particles in Au+Au （7）吴锦：Workshop on the QCD Phase Structure at High Baryon Density Region, Nov.12-14, Wuhan. Measurement of Intermittency for Charged Particles in Au+Au Collisions at  . （8）周代梅: 2019年9月14-19日，匈牙利克塞格iASK高等研究所集体流国际学术研讨会，做有关高能核碰撞中描述 QGP信号的核修正因子的学术报告：“Toward qualitatively connecting the hadron and its quark component nuclear modification factors” 。 下五年计划： 未来5年的工作将从以下两个方面展开： （1）强色场中胶子关联性质的研究 根据色胶子凝聚的有效场论理论（CGC EFT），研究pp、pA、 AA碰撞中两胶子在三维相空间的关联特征，将所得结果与现有相关实验结果比较，研究色胶子凝聚理论、图像、尤其是在描述实验所观测到的Ridge现象的有效性，同时，预言、指导进一步实验测量，探索高能碰撞中夸克和胶子之间的相互作用特征。 （2）QCD相变相关的起伏特征 根据我们所建立的固定点定量方法应用于实验数据分析，探寻RHIC能量扫描区产生物质的相特征和相结构。通过守恒荷观测量在不同碰撞中心度和碰撞能量下的行为，给出等高曲面在碰撞能量和临界指数率平面的极小值，寻找QCD相边界参数，同时， 通过构造混合事件的方法消除守恒荷高阶矩起伏中非临界起伏效应。将模型研究有效的混合事件方法用RHIC/STAR 能量扫描BES II实验测量的物理分析。 （3）重味研究 把奇异夸克压低约化机制和色重排效应扩展到粲夸克，研究粲粒子的产生机制。 （四）粒子探测器及跨电子学技术研究方向 7名教师：孙向明、张冬亮、郭迪、杨苹、王东、肖乐、高超嵩。2019年度，粒子探测课题组主要研究进展简述如下。 粒子探测器及快电子学课题组进展： 1.NνDEx实验最新进展 在PLAC实验室搭建测试装置，预计年底完成能量分辨率的测量 我们在PLAC实验室搭建了由19个芯片组成的原型机的测试系统，可与在美国LBNL实验室的测试系统同时独立展开测试。目前正在利用放射源进行相关测试以验证NνDEx预期的1%FWHM能量分辨率，预计年底可得到初步测试结果。图中所示为测试系统，左上小图中展示了新的电荷收集板。右图中为一个含有α信号的测试数据，可以明显看到两个α产生的信号。 2.CEPC探测器预研 （1）进行了一次工程批流片，小像素尺寸两种低功耗前端(9mW/cm2 , 26mW/cm2 )像素尺寸减小为： 16×26 μm2和16×23.11 μm2 （2）CEPC顶点探测器预研第一版芯片MIC4的测试成果符合设计预期，通过了项目中期考核，相关成果发表在PoS，并参与CEPC顶点探测器预研第二版芯片的设计，负责芯片阵列外围的零压缩读出和数据编码组帧读出，目前已经流片。 MIC4芯片外围读出和控制 CEPC顶点探测器预研第二版芯片外围零压缩读出 （3）完成了无中微子双贝塔衰变读出网络原型芯片设计。 读出网络原型芯片模块框图 读出网络原型芯片版图 3.Topmetal-M芯片研发 研制了Topmetal_M芯片，Topmetal M是基于国内华虹宏力（GSMC）130nm CMOS工艺研发的国内首款大面积阵列式像素探测器芯片，具备位置、能量以及时间分辨功能。在Topmetal M芯片设计中，首次提出以Topmetal + MAPS相结合的电荷收集方式，可以有效提升探测面积，并可根据需要选择其中一种或两种电荷收集方式，提升芯片的可适用范围。与代工厂合作，研制了四阱工艺，使得像素内能够使用全CMOS器件，并使用高阻晶圆，增加耗尽层厚度，提高电荷收集效率。 Topmetal M像素阵列大小400*512。阵列被分成16组，每组包含400*32个像素。像素单元可记录入射粒子所携带的能量信息以及入射位置和入射时间信息，并通过片内集成的行列扫描电路（Scan module）和模拟驱动电路（Analog Buffer）读出这些信息.整个阵列的读出采用经典的Rolling Shutter结构，由行列扫描电路控制，其功能为对整个像素阵列进行行列扫描，依次将每个像素记录的能量和时间信息送至模拟驱动电路，每组像素配置了两个模拟驱动电路，它们将像素中CSA_OUT和TAC_OUT的模拟电压值读出至片外。 4. 卷积神经网络 （1）、三维卷积神经网络用于无中微子双贝塔衰变本底抑制的研究 针对使用高压氙气时间投影室进行的无中微子双贝塔衰变实验，提出采用神经网络和深度学习的方法进行信号与背景的甄别，从而提高探测器的探测效率。创新性地构造了一个基于残差网络结构的三维卷积神经网络，直接处理三维仿真数据。通过与二维投影数据上神经网络的性能进行对比，发现三维卷积神经网络的主要性能指标（ROC曲线以及曲线下面积）更优。对于这类低事件率、高本底的实验，提出的方法具有显著的意义。【2018_JINST_13_P08015】 
（2）卷积神经网络用于探测器脉冲成形时域采样信号处理的研究 探测器脉冲成形后的信号受到系统性漂移和非高斯噪声的影响，具有非典型的特征。传统的曲线拟合采用全局的方法应对非理想特征，性能存在一定的瓶颈。为此，我们提出采用一维卷积神经网络来分析脉冲成形的数据，同时进行特征（时间、幅度）的提取。一种结合降噪自编码器和回归网络的神经网络结构被用于该任务。通过仿真的研究以及在ALICE-PHOS探测器上的实验发现，在非理想条件下，神经网络的方法能够取得比曲线拟合更好的性能。随后，我们针对该神经网络，进行了相关的数字集成电路设计工作，目前已完成流片，芯片正在测试之中。【2019_JINST_14_P03002】 
5.高速数据传输 （1）时钟锁相环PLL设计与高速并串转换器Serializer设计（CEPC预研项目） 参与高能物理研究所CEPC预研项目，基于TowerJazz工艺为pixel阵列芯片设计其中核心的时钟PLL模块和芯片最终输出的高速数据并串转换模块。两核心模块在2019年内完成原理图、版图设计，并通过完整后仿真功能验证，实现GDS光绘文件交付。其中PLL时钟锁相环模块输出400M 和80M 时钟，整体功耗57.6mW（包含测试引脚输出驱动部分的功耗）;并串转换Serializer模块整体功耗为18 mW. 设计版图如下图所示。 
PLL锁相环时钟模块最终版图及说明 
高速并串转换Serializer模块版图 （2）基于GSMC130工艺的5 Gbps高速并串转换器Serializer芯片 基于GSMC130工艺，指导一名硕士研究生完成一款应用于高能物理前端数据读出的5 Gbps并串转换芯片。芯片接收10路500 Mbps并行数据，完成并串转换功能输出5 Gbps高速串行数据，整体芯片的版图如下所示。该芯片于2019年完成设计并递交流片，芯片预计于2019年12月流片完成，将在12月完成测试。 
5Gbps并串转换Serializer完整芯片版图 2019年度课题组发表论文5篇，国际会议大会报告3个，参加国际会议3人次。 高水平论文列表： 1、Di Guo* et al., Array optical transceiver in miniature form factor for high energy physics applications, Nuclear Instruments andMethods in Physics Research Section A, Volume 924, 21 April 2019, Pages 187-191 2、Chaosong Gao*, Mangmang An, Guangming Huang, Xing Huang, Yuan Mei, Quan Sun, Xiangming Sun, Le Xiao and Ping Yang, “A Low-Noise Charge-Sensitive Amplifier for Gain-less Charge Readout in High-pressure TPC”, Proceedings of Science, PoS 083, 2019. 3、L. Xiao, et al., Two low-power optical data transmission ASICs for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter readout upgrade, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A, Vol. 924, 21 April 2019, Page 160-165. 4、L. Xiao*, et al., The Readout and Data Transmission of a Monolithic Active Pixel Sensor prototype for the CEPC Vertex Detector, Proceedings of Science, 11 June 2019, Vol. 343, 086. 5、A Monolithic Active Pixel Sensor prototype for the CEPC vertex detector，NIMA924(2019) 82-86 核科学计算中心及其格点量子色动力学研究： （1）设计建成了华中师范大学核科学计算中心，理论峰值为每秒1千万亿次浮点运算，入选了2018年6月发布的全球最快的500 套计算集群 （Top 500）,位列466名，亦入选了全球最节能的500套计算机集群 （Top Green 500），位列第268位。https://www.top500.org/list/2018/06/?page=5 https://www.top500.org/files/green500/green500_top_201806.xls （2） 发表 4篇论文，其中一篇PRD，三篇会议文集EPJ Conf。 （3）一名博士毕业，毕业后即在德国Bielefeld大学从事博士后研究；一名博士后出站，出站后即在日本理化研究在美国布鲁克海文国家实验室的分部从事博士后研究 （2）发表文章主要内容简介 我们发展了在格点QCD中从两点关联函数抽取谱函数的新的方法。这个方法推广了Maximum Entropy Method所采用的平均场近似到更一般的情况。它是基于贝叶斯理论的一个随机方法。我们分析了在0.75和1.5Tc时的格点数据，发现此新方法给出了与Maximum Entropy Method一致的结果， 从而可以缩小在抽取谱函数中存在的系统不确定度。”Stochastic reconstructions of spectral functions: Application to lattice QCD,“ H. T. Ding, O. Kaczmarek, S. Mukherjee, H. Ohno and H. T. Shu, Phys. Rev. D 97 (2018) no. 9, 094503. （3）正在进行的工作 · 精确计算在零重子化学势能下的QCD相转变温度的大小，以及此温度在小重子化学势能时随化学势能的变化。估计这个月投稿。 · 计算在手征极限下QCD相转变的温度，估计明年年初投稿 · 准备计算机中心第二批设备的购买，计划扩容至2 PFlops/s · 准备计算中心会议室装修，及宣传工作，还有2018年计算中心已招标项目的收尾工作 |
