[論文レビュー] A global assessment of the Strangeness including-Statistical Bootstrap Model analysis of nucleus-nucleus and proton-antiproton interactions

A. S. Kapoyannis, C. N. Ktorides+1 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2002

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、核子-核子および $p-\bar{p}$ 衝突における多粒子生成断面積を解析するため、奇素性を含む統計的ブートストラップ模型（SSBM）を適用し、熱力学的制約を用いてハドロン相と脱コンfinement相の境界を定義する。その結果、158 AGeVのPb+Pb衝突ではハドロン相に留まっているのに対し、200 AGeVのS+S衝突では脱コンfinement線を越えており、重イオン衝突における最初の実験的証拠として、クォーク- gluonプラズマ相への移行が示唆される。

ABSTRACT

A strangeness and isospin asymmetry including statistical bootstrap model analysis of the multiparticle system produced in the Pb+Pb collision at 158 AGeV at CERN is presented. It is concluded that this interaction process has not crossed the deconfinenent line. Direct comparisons with the results of similar analyses pertaining to nucleus-nucleus and proton-antiproton collisions at CERN are made. The overall picture points to the S+S collision at 200 AGeV as a prime candidate of a process which has crossed the border separating the hadronic from the deconfined phase of matter.

研究の動機と目的

• 相対論的重イオン衝突が脱コンフィnementしたクォーク-グルーオンプラズマを生成するかどうかを、生成された多粒子系の熱力学的状態を評価することで明らかにすること。
• 理想ハドロンガスモデルの限界を克服するため、自己整合的なハドロン相および部分的相を記述できる統計的ブートストラップ模型（SBM）を用いて相互作用を組み込むこと。
• SBMを奇素性（ネットおよび絶対的）およびアイソスピン非対称性の活動度を含むように拡張し、複雑な多粒子系のより正確な熱力学的記述を可能にすること。
• SSBMを用いて、Pb+Pb、S+S、S+Ag、および $p-\bar{p}$ を含む複数の衝突系におけるハドロン状態と脱コンフィnement状態の境界を評価すること。
• 熱力学的空間における臨界表面に基づく、物理的に根拠のある定量的基準——つまり、系が脱コンフィnement状態に移行したかどうかを識別する基準——を提供すること。

提案手法

• ハゲノルトの元来のSBMの拡張版である奇素性を含む統計的ブートストラップ模型（SSBM）を用い、火球質量スペクトル $\rho(m)$ を記述するブートストラップ積分方程式により、相互作用を考慮した相対論的多ハドロン系をモデル化する。
• 温度 $T$ および活動度 $\lambda_u, \lambda_d, \lambda_s, \gamma_s = \lambda_{|S|}$ を熱的および化学的平衡を記述する熱力学的変数として用い、$\gamma_s$ は絶対的奇素性を表す。
• ハドロン相と脱コンフィnement相の境界を定義するため、ブートストラップ方程式 $\varphi(T,\{\lambda\}) = 2G - \exp(G) + 1$ で定義される臨界表面を用い、$\varphi = \ln 4 - 1$, $G = \ln 2$ で平方根の分岐点を持つ。
• 実験的粒子生成断面積（$\pi^\pm$, $K^\pm$, $\Lambda$, $\Xi^\pm$, $\bar{\Xi}^\pm$ を含む）を $\chi^2/dof$ の最小化によりSSBMモデルにフィットし、$\langle S \rangle = 0$ および $\langle B \rangle / \langl Q \rangle = N_p^{in}/(N_p^{in} + N_n^{in})$ の制約を課す。
• フィットされた熱力学的パラメータ $(T, \mu_u, \mu_d, \mu_s, \gamma_s)$ を臨界表面と比較し、系がハドロン領域内にあるか外にあるかを特定する。
• $p-\bar{p}$、S+S、S+Ag、Pb+Pb の各系を比較して、異なる衝突エネルギーおよび系における相の挙動を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 158 AGeVのPb+Pb衝突で生成される多粒子系は、ハドロン相に位置しているか、それとも脱コンフィnementしたクォーク-グルーオンプラズマ相に移行したか？
• RQ2 奇素性およびアイソスピン非対称性の活動度を組み込むことで、標準的ハドロンガスモデルに比べて、重イオン衝突の熱力学的記述がどの程度改善されるか？
• RQ3 200 AGeVのS+S衝突の相空間的位置は何か？ また、これにより脱コンフィnementの証拠が得られるか？
• RQ4 SSBMから得られたフィット熱力学的パラメータは、標準的熱的統計モデルのそれと比べてどう異なるか？ これにより、臨界表面が相境界としての有効性にどのような示唆が得られるか？
• RQ5 π粒子生成断面積がフィットの質および相分類にどの程度の影響を及ぼすか？ また、π粒子を除外することで、系の相に関する結論が変化するか？

主な発見

• 158 AGeVのPb+Pb衝突では、$T = 167.5 \pm 8.5$ MeV および $\gamma_s = 0.774 \pm 0.084$ のフィットが得られ、π粒子を除外してもフィット品質に顕著な改善は認められず、ハドロン相に明確に位置している。
• 200 AGeVのS+S衝突では、ハドロン領域外に位置する確率が74%であるため、脱コンフィnement線を越えており、おそらく脱コンフィnementしたクォーク-グルーオンプラズマが生成されたと示唆される。
• 200 AGeVのS+Ag衝突では、臨界表面をわずかに超えており、ハドロン領域外に位置する確率が52%であるため、臨界付近の遷移に近い状態にあると示唆される。
• SSBM解析により、標準的熱的モデルよりも高い温度（$T \simeq 180-200$ MeV）が得られた。これは、標準的熱的モデルが物理的相境界を考慮していないため、温度を過大評価していることを示唆する。
• 負のハドロン生成断面積に、SSBMモデルと比較して約30%のエントロピー増大が観測された。これは、脱コンフィnement状態における追加の部分的自由度に起因する可能性がある。
• $\sqrt{s} = 200$ から 900 GeV の $p-\bar{p}$ 衝突は、正準抑制を考慮しても、依然としてハドロン相の深部に位置しており、脱コンフィnement領域に到達していないことが確認された。