[論文レビュー] Charmonium in a hot, dense medium

D. Blaschke|ArXiv.org|Dec 22, 2009

Advanced Physical and Chemical Molecular Interactions参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、デバイスクリーニングや強い相関を含むプラズマハミルトニアンを用いて、高温・高密度のクォーカンマターにおけるチャーミオン状態を記述する熱力学的グリーン関数形式を展開する。主な貢献は、連続状態の端の低下（モット効果）と中間状態における解離レートを一貫して説明する統一的枠組みを提供することであり、特にモット温度 $T^{ m Mott} \approx 172$ MeV 付近での $D$-メソンスペクトル関数の幅広がりに起因する $J/\psi$ の抑制を定量的に予測する。

ABSTRACT

In this lecture we apply a thermodynamic Green function formalism developed in the context of nonrelativistic plasma physics for the case of heavy quarkonia states in strongly correlated quark matter. Besides the traditional explanation of charmonium suppresion by Debye screening of the strong interaction, we discuss further effects of relevance when heavy quarkonia states propagate in a medium where strong correlations persist in the form of hadronic resonances. These effects may be absorbed in the definition of a plasma Hamiltonian, which was the main result of this work. This plasma Hamiltonian governs the in-medium modification of the bound state energy levels as well as the lowering of the continuum edge which leads not only to the traditional Mott effect for the dissociation of bound states in a plasma, but can also be applied for a consistent calculation of the in-medium modification of quarkonium dissociation rates.

研究の動機と目的

• 強い相関を持つクォーカンマターにおける重いクォーカノニアに非相対称プラズマ物理学の手法を拡張すること。
• 重イオン衝突における異常な $J/\psi$ の抑制を説明できない従来のデバイスクリーニングモデルの限界を克服すること。
• ハドロン的レゾネンスおよび中間状態における強い相関を一貫した理論的枠組みに組み込むこと。
• 束縛状態のエネルギーシフトと連続状態の端の低下を支配するプラズマハミルトニアン $H^{\rm pl}$ を導出すること。
• 標準的なモット効果を超えて、中間状態におけるクォーカノニア解離率を一貫して計算可能にする枠組みを提供すること。

提案手法

• 非相対称プラズマ物理学における熱力学的グリーン関数形式をクォーカンマターにおける重いクォーカノニアに適応する。
• 2粒子状態と中間状態効果を記述するために、ボルト＝サルペーター方程式（BSE）およびダイソン方程式による自己エネルギーを用いる。
• ハートリー項、フォック項、パウリ禁止、モントレル＝ウォード項、デバイスクリーニング、極化、ファンデルワールス項を含むプラズマハミルトニアン $H^{\rm pl}$ を構築する。
• 自己エネルギーと相互作用カーネルを用いて中間状態効果を一貫して扱い、強い相関にはクラスタ展開技術を適用する。
• 開 charm メソンの頂点関数およびスペクトル関数を用いて、$J/\psi$ の自己エネルギーにおけるクォーク交換寄与をモデル化する。
• 中間状態 $D$-メソンスペクトル関数を用いて、温度依存の $J/\psi$ 解体断面積を計算し、モット効果を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高温・高密度のクォーカンマターにおける強い相関が、チャーミオン状態の準位エネルギーにどのように影響するか？
• RQ2 デバイスクリーニングを超えた中間状態効果によって、チャーミオン解離の連続状態の端はどの程度低下するか？
• RQ3 $D$-メソンのモット効果が、$J/\psi$ 解体閾値および解離率にどのように寄与するか？
• RQ4 統一的プラズマハミルトニアンが、束縛状態のエネルギーシフトと中間状態における解離率を一貫して記述可能か？
• RQ5 ハドロン的レゾネンスおよび中間状態誘発スペクトル幅広がりが、$J/\psi$ の抑制パターンに果たす役割は何か？

主な発見

• プラズマハミルトニアン $H^{\rm pl}$ は、デバイスクリーニング、パウリ禁止、ファンデルワールス相互作用といった中間状態効果を一つの枠組みに統合している。
• 中間状態効果に起因する連続状態の端の低下は、モット様の解離閾値シフトを引き起こし、チャーミオン状態の段階的融解を可能にする。
• $T^{\rm Mott} \approx 172$ MeV 以上の温度で、モット効果に起因して $D$-メソンスペクトル関数が幅広がり、$J/\psi$ 解体閾値が低下する。
• このスペクトル幅広がりは、$\pi$-$\rho$ メソンガス中で熱的に平均化された $J/\psi$ 解体断面積に段階的上昇を引き起こし、CERN NA50 が観測した異常な抑制パターンと一致する。
• 温度が $T \gtrsim 172$ MeV に達する段階で、熱的幅広がりに加えて有効な閾値低下に起因し、$J/\psi$ 解離率が顕著に増加すると予測される。
• 本手法は、RHIC や将来の FAIR/CBM 実験に応用可能な、一貫した多体枠組みを提供し、中間状態におけるクォーカノニア解離率を計算可能にする。