[論文レビュー] Can Binary Bound States in a Strongly Coupled Quark-Gluon Plasma be observed via dileptons and photons?

Jorge Casalderrey-Solana, Edward Shuryak|ArXiv.org|Aug 16, 2004

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、強いためくせきのクォーク- gluonプラズマ(sQGP)における二体束縛状態の検出を、二重レプトンおよび光子スペクトルを用いて提案している。特に、$T_c$近辺における修正された$\rho$および$\omega$共鳴状態と、$M \sim 1.5-2$ GeVにおけるしきい値増強に注目している。非相対論的グリーン関数と火炎球平均を用いることで、束縛状態およびしきい値付近の状態からのピークが広がりによっても消失せず、二重レプトンスペクトルで観測可能である可能性を示している。一方、チャーミカル対称性の回復により、$\gamma\gamma$信号は強く抑制される。

ABSTRACT

Recently there was a significant change of views on physical properties and underlying dynamics of Quark-Gluon Plasma at $T=170-350 MeV$, produced in heavy ion collisions at RHIC. Instead of weakly coupled gas of quasiparticles, it is rather a liquid-like matter with multiple bound states. In this paper we discuss how one can test these ideas experimentally, using the ``penetrating probes'' and looking for certain peaks at some invariant masses. In dileptons the most promising are modified $ρ,ω$, with $M(T\approx T_c)\sim .5 GeV$ and also near zero binding at $M(T\approx (1.5-2)T_c)=1.5-2 GeV$. We also discuss the observability of peaks corresponding to scalar/pseudoscalar mesons in the two-photon channel.

研究の動機と目的

• 強いためくせきのクォーク-グルーオンプラズマ(sQGP)における二体束縛状態が、二重レプトンおよび光子を用いて実験的に探査可能かどうかを調査すること。
• 熱的広がりの影響を受けても、束縛状態またはしきい値増強が観測可能なピークを示す可能性がある特定のインバリアント質量領域を同定すること。
• sQGPにおけるスカラーおよびピエドスカラー中間子の二光子崩壊チャネルを通じた検出可能性を評価すること。
• クォーク質量、物質中での修正、チャーミカル対称性の回復が、これらの信号の観測可能性に与える影響を評価すること。
• 将来のRHICおよびLHCの実験データを、sQGPの構造的性質の解釈に役立てる理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 二重レプトン生成率の公式 $ dR/d^4x d^4q = \alpha^2/(48\pi^4) \cdot 1/(e^{q_0/T}-1) \cdot F $ を用い、$ F $ は$\rho$, $\omega$ および弱く結合したQGPのための形因子を表す。
• 非相対論的グリーン関数を用いて、sQGP内での結合状態および非結合状態の消失率を計算する。
• RHICパラメータを用いて、膨張する火炎球における時空平均を実行し、$ t \sim 5\,\text{fm} $ および $ T \sim 170-350\,\text{MeV} $ の範囲で統合する。
• 二光子崩壊率 $ dR/d^4x d^4q \propto \Gamma_{\gamma\gamma} \cdot n \cdot t_{\text{QGP}} $ を評価し、チャーミカル対称性の回復による抑制を考慮する。
• 予測を正規化するため、$ F_{\text{wQGP}} = 24 $ の「標準キャンドル」wQGPモデルと比較する。
• 格子QCDにインspiredした推定値を用いて物質中におけるスペクトル関数を評価し、$ T $-依存のクォーク質量および幅を考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 火炎球の膨張に伴う熱的広がりの影響を受けても、sQGP内での二体束縛状態が二重レプトンスペクトルに観測可能なピークを生じるか？
• RQ2 $T_c$近辺や$M \sim 1.5-2\,\text{GeV}$のような特定のインバリアント質量領域において、修正された$\rho$, $\omega$共鳴状態やしきい値増強が最もよく検出可能か？
• RQ3 チャーミカル対称性の回復による抑制を考慮すると、$\eta$, $\eta'$ 中間子からの$\gamma\gamma$信号はどの程度観測可能か？
• RQ4 物質中でのクォーク質量および相互作用の修正が、スペクトル関数および二重レプトン・光子の生成率に与える影響は何か？
• RQ5 非相対論的グリーン関数は、強いためくせきの媒体内での束縛状態の消失率を正確に記述できるか？

主な発見

• 修正された$\rho$, $\omega$共鳴状態からの二重レプトンスペクトルのピークは、$T_c \approx 170\,\text{MeV}$付近（インバリアント質量$M \sim 0.5\,\text{GeV}$）および$(1.5-2)T_c$付近（$M \sim 1.5-2\,\text{GeV}$）で顕著に現れる。
• 時間積分された火炎球平均によっても、束縛状態やしきい値増強からのピークは、sQGP領域の両端付近では完全に消去されず、依然として残存する。
• $\eta$, $\eta'$ 中間子からの二光子信号は、チャーミカル対称性相における$\Gamma_{\gamma\gamma}$の小ささにより約4桁の抑制を受ける。
• $T > T_c$における$\gamma\gamma$幅の抑制係数は$\sim (m_s/M)^2$と推定され、ストレンジ中間子では信号が1桁程度減少する。
• スカラーおよびプラズミノなど追加の状態が$\gamma\gamma$率を8倍に増幅させる可能性があるが、これはチャーミカル対称性による強い抑制に打ち消される。
• 本稿は、束縛状態からの二重レプトン信号は潜在的に観測可能であるが、背景と抑制の両方が強い影響を及ぼすため、$\gamma\gamma$チャネルは依然として極めて困難であると結論づける。