[論文レビュー] A possible evidence of the hadron-quark-gluon mixed phase formation in nuclear collisions

V. Kizka, K. A. Bugaev+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、3.1〜17.3 GeVの中心系エネルギー範囲で、10のイベントジェネレータ（クォーク-グルーオンプラズマ（QGP）モデルとハドロンガス（HG）モデルに分類）を体系的に比較し、データ記述の質（QDD）を検証することで、核子衝突におけるハドロン-クォーク-グルーオン混合相の可能性のある証拠を特定した。両モデルが同等にデータを記述する2つのエネルギー領域（4.4–4.87 GeV および 10.8–12 GeV）が同定され、混合相形成の兆候とされた。本研究では、QCD相図の臨界点が12–14 GeVに位置すると結論づけた。

ABSTRACT

The performed systematic meta-analysis of the quality of data description (QDD) of existing event generators of nucleus-nucleus collisions allows us to extract a very important physical information. Our meta-analysis is dealing with the results of 10 event generators which describe data measured in the range of center of mass collision energies from 3.1 GeV to 17.3 GeV. It considers the mean deviation squared per number of experimental points obtained by these event generators, i.e. the QDD, as the results of independent meta-measurements. These generators and their QDDs are divided in two groups. The first group includes the generators which account for the quark-gluon plasma formation during nuclear collisions (QGP models), while the second group includes the generators which do not assume the QGP formation in such collisions (hadron gas models). Comparing the QDD of more than a hundred of different data sets of strange hadrons by two groups of models, we found two regions of the equal quality description of data which are located at the center of mass collision energies 4.4-4.87 GeV and 10.8-12 GeV. At the collision energies below 4.4 GeV the hadron gas models describe data much better than the QGP one and, hence, we associate this region with hadron phase. At the collision energies between 5 GeV and 10.8 GeV and above 12 GeV we found that QGP models describe data essentially better than the hadron gas ones and, hence, these regions we associate with the quark-gluon phase. As a result, the collision energy regions 4.4-4.87 GeV and 10.8-12 GeV we interpret as the energies of the hadron-quark-gluon mixed phase formation. Based on these findings we argue that the most probable energy range of the QCD phase diagram (tri)critical endpoint is 12-14 GeV.

研究の動機と目的

• イベントジェネレータの性能に関するメタアナリシスを用いて、核子衝突におけるクォーク-グルーオンプラズマ（QGP）形成の閾値エネルギーを特定すること。
• deconfinementの既存の「シグナル」に曇りがかった曇りを解消するため、QGPモデルとハドロンガス（HG）モデルのデータ記述品質（QDD）を比較すること。
• QGPモデルとHGモデルの両方が同等にデータを記述するエネルギー範囲を特定することで、ハドロン-クォーク-グルーオン混合相の形成を同定すること。
• モデル比較に基づいて、QCD相図の臨界点の位置をデータ駆動型で推定すること。
• RHICビームエネルギースキャンのような将来の実験プログラムを支援するため、最適な衝突エネルギーを推奨すること。

提案手法

• 3.1–17.3 GeVの中心系エネルギー範囲で、核子-核子衝突の10のイベントジェネレータについて体系的なメタアナリシスを実施する。
• 各ジェネレータについて、実験的ポイントごとの平均二乗偏差（QDD）を計算し、モデルとデータの一致度を測定する。
• ジェネレータを2つのグループに分類する：QGP形成を仮定するモデル（QGPモデル）と、ハドロン物質のみを仮定するモデル（HGモデル）。
• 奇妙ハドロン生成断面積の100以上のデータセットに対してQDD値を比較し、両モデルの性能が同等になるエネルギー領域を同定する。
• HGモデルの性能が優れている領域からQGPモデルの性能が優れる領域に移行する遷移を分析し、混合相の始まりを推定する。
• QGPモデルとHGモデルのQDDが等しいという基準を満たすことで、ハドロン-クォーク-グルーオン混合相の存在を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核子衝突におけるハドロン-クォーク-グルーオン混合相は、どの中心系エネルギーで形成されるか？
• RQ2 異なる衝突エネルギーにおいて、QGPモデルとハドロンガスモデルのデータ記述品質（QDD）はどのように比較されるか？
• RQ3 QGPモデルとHGモデルが実験データを同等に記述するエネルギー範囲は何か？ これは混合相の存在を示唆する。
• RQ4 モデル比較に基づいて、QCD相図の臨界点の最も確実な位置はどこか？
• RQ5 将来の実験（例：RHICビームエネルギースキャン）において、混合相と臨界点を調べるために、どの衝突エネルギーを優先すべきか？

主な発見

• QGPモデルとHGモデルの両方が同等にデータを記述する2つのエネルギー領域（4.4–4.87 GeV および 10.8–12 GeV）が同定され、ハドロン-クォーク-グルーオン混合相の形成を示唆した。
• 4.4 GeV未満では、HGモデルがQGPモデルよりも顕著に優れたデータ記述を示しており、純粋なハドロン相であると示唆された。
• 5 GeVから10.8 GeVの間および12 GeV以上では、QGPモデルがHGモデルよりも顕著に優れたデータ記述を示しており、純粋なクォーク-グルーオン相であると示唆された。
• QCD相図の臨界点の最も確実なエネルギー範囲は12–14 GeVと特定された。
• 本研究では、将来のRHICビームエネルギースキャン実験において、12–14 GeV付近の衝突エネルギーを優先することを推奨した。
• 本分析は、ストレンジネス・ホーンのような孤立した「シグナル」に依存せず、モデル比較に基づくデータ駆動型の方法で、混合相形成を同定する手法を提供した。