Introduction to the Theory of Heavy-Ion Collisions

با ظهور واکنش‌های یون سنگین، فیزیک هسته‌ای مرز جدیدی پیدا کرده است. منابع جدید یون سنگین که در شتاب‌دهنده‌های الکترواستاتیکی کار می‌کنند و آزمایش‌های پرانرژی که در برکلی، دوبنا، منچستر و اورسی انجام شده‌اند، میدان را باز کرده‌اند و چشم‌اندازهای جدید چشم‌گیری را به ما نشان داده‌اند. انتظار می‌رود شتاب‌دهنده‌های جدیدی که اکنون در برلین، دارزبری و دارمشتات در حال ساخت هستند، و همچنین آن‌هایی که در دست بررسی هستند (GANIL، Oak Ridge، و غیره) به دانش و درک ما از خواص هسته‌ای کمک کنند. این نه تنها در مورد موضوعات عجیب و غریب مانند وجود و طول عمر عناصر فوق سنگین، یا احتمال امواج ضربه ای در هسته ها، بلکه در مورد مسائل پیش پا افتاده تری مانند حالت های چرخش بالا، مناطق جدید هسته های تغییر شکل یافته و نیروهای اصطکاک نیز صدق می کند. این زمینه نه تنها نوید تولید طیف گسترده ای از پدیده های جالب را می دهد، بلکه پیامدهای نظری گسترده ای نیز خواهد داشت. واکنش‌های یون سنگین با جرم زیاد قطعات و همچنین انرژی کل بالا و تکانه زاویه‌ای کل زیاد معمولاً در برخورد مشخص می‌شوند. یک توصیف صرفاً مکانیکی کوانتومی از چنین فرآیند برخوردی ممکن است آنقدر پیچیده باشد که امکان پذیر یا جالب نباشد. ما انتظار داریم و در برخی موارد می دانیم که حد کلاسیک، حد اپتیک هندسی، یک توصیف آماری کوانتومی یا یک توصیف هیدرودینامیکی به درستی ویژگی های معمولی را در نظر می گیرند.

With the advent of heavy-ion reactions, nuclear physics has acquired a new frontier. The new heavy-ion sources operating at electrostatic accelerators and the high-energy experiments performed at Berkeley, Dubna, Manchester and Orsay, have opened up the field, and have shown us impressive new prospects. The new accelerators now under construction at Berlin, Daresbury and Darmstadt, as well as those under consideration (GANIL, Oak Ridge, etc. ) are expected to add significantly to our knowledge and understanding of nuclear properties. This applies not only to such exotic topics as the existence and lifetimes of superheavy elements, or the possibil­ ity of shock waves in nuclei, but also to such more mundane issues as high-spin states, new regions of deformed nuclei and friction forces. The field promises not only to produce a rich variety of interesting phenomena, but also to have wide-spread theoretical implications. Heavy-ion reactions are characterized by the large masses of the fragments, as well as the high total energy and the large total angular momentum typically involved in the collision. A purely quantum-mechanical description of such a collision process may be too complicated to be either possible or inter­ esting. We expect and, in some cases,know that the classical limit, the limit of geometrical optics, a quantum-statistical or a hydrodynamical description correctly account for typical features.