[論文レビュー] Chemical Equilibration at the Hagedorn Temperature

Jacquelyn Noronha-Hostler, Carsten Greiner+1 more|ArXiv.org|Mar 23, 2007

Nuclear Materials and Properties被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、ハドロンガス相におけるハゲルドン温度（160–180 MeV）付近で、バリオン-反バリオン対がハゲルドン共鳴状態によって化学的平衡に達する可能性を調査している。ハゲルドン共鳴状態は追加の自由度を提供する。パイオン、ハゲルドン状態、バリオン-反バリオン対の間の相互作用をマスター方程式でモデル化した結果、平衡化時間は0.2–1 fm/cであった。これは、バリオンと反バリオンが火炎球の寿命内にほぼ平衡に達可能であることを示しており、RHICエネルギーにおける観測された反バリオン生成率と標準的ハドロンガスモデルとの間の矛盾を解消する。

ABSTRACT

One important question in relativistic heavy ion collisions is if hadrons, specifically anti-hyperons, are in equilibrium before thermal freezeout because strangeness enhancement has long been pointed to as a signature for Quark Gluon Plasma. Because anti-baryons have long equilibration times in the hadron gas phase it has been suggested that they are "born" into equilibrium. However, Hagedorn states, massive resonances, which are thought to appear near the critical temperature, contribute to fast chemical equilibration times for a hadron gas by providing extra degrees of freedom. Here we use master equations to describe the interplay between Hagedorn resonances, pions, and baryon anti-baryon pairs as they equilibrate over time and observe if the baryons and anti-baryons are fully equilibrated within the fireball.

研究の動機と目的

• RHICエネルギーにおける標準的ハドロンガスモデルが予測する長時間の化学的平衡化時間とは対照的に、観測された反バリオン生成率との乖離を解消すること。
• 臨界温度付近に存在する質量が大きく、寿命の短い共鳴状態（ハゲルドン共鳴状態）が、バリオン-反バリオン対の化学的平衡化を加速するかどうかを調査すること。
• パイオン、ハゲルドン状態、バリオン-反バリオン対を含む粒子集団の時間発展をマスター方程式を用いてモデル化し、平衡化ダイナミクスを評価すること。
• 特に相転移付近において、バリオンと反バリオンが有限な火炎球寿命内に化学的平衡に達できるかどうかを検証すること。
• 非ゼロの奇異数を有する反ハイペロンや多奇異バリオンの今後の研究の基盤を築くために、モデルを奇異数非ゼロの状態に拡張すること。

提案手法

• パイオン、ハゲルドン共鳴状態、バリオン-反バリオン対の粒子数密度の時間発展を記述する連立マスター方程式を解く。
• 反応断面積（例：N + B̄ → N̄ + B に対してσ ≈ 50 mb）から導かれる詳細平衡および反応率を用いて、前向きおよび逆方向のプロセスをモデル化する。
• τ = 1/Γ により平衡化時間を計算し、ここでΓはネット反応率である。パイオンおよび共鳴状態の平衡状態を仮定する・しないケースを比較する。
• 3つのケースを分析する：(1) すべての粒子が非平衡状態にある場合；(2) パイオンを平衡状態に保つ場合；(3) ハゲルドン状態を平衡状態に保つ場合。これにより、各要因の寄与を分離する。
• Bjorken膨張条件の下で系をシミュレートし、冷却火炎球のダイナミクスをモデル化し、時間依存的な平衡化を評価する。
• 準平衡状態の評価とその影響を分析し、特にパイオン数のフラクチュエーションが共鳴状態の崩壊鎖に与える影響を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RHICエネルギー下で、標準的ハドロンガスモデルが予測する長時間の平衡化時間とは対照的に、火炎球寿命内にバリオン-反バリオン対が化学的平衡に達できるか？
• RQ2 ハゲルドン共鳴状態が、追加の反応経路を提供することにより、バリオン-反バリオン対の平衡化時間をどの程度短縮できるか？
• RQ3 パイオン、ハゲルドン状態、バリオン-反バリオン対の平衡化ダイナミクスはどのように関連し合い、どの成分が時間発展を支配するか？
• RQ4 準平衡状態は、系全体の化学的平衡の達成を加速するか、遅延させるか、その役割は何か？
• RQ5 観測されたRHICにおける反バリオン生成率は、初期に化学的平衡が存在するのではなく、ハゲルドン共鳴状態による平衡化によって説明可能か？

主な発見

• ハゲルドン共鳴状態を含めると、バリオン-反バリオン対は0.2–1 fm/cの間にほぼ化学的平衡に達する。これは、標準的ハドロンガスモデルが予測する10 fm/cよりも著しく速い。
• ハゲルドン共鳴状態の導入により、バリオン-反バリオン対の平衡化時間が火炎球寿命（τ < 4 fm/c）に適合する値に短縮され、RHICにおける時間スケールのパラドックスが解消された。
• パイオンは約0.1 fm/cで急速に平衡化するため、近似においてパイオンの平衡状態を仮定することが妥当であるが、わずかなずれが共鳴状態の分布に影響を与える。
• 準平衡状態は1 fm/c未満で達成され、特に160–180 MeVの温度領域ではバリオン-反バリオン対が速やかに平衡に近づく。
• すべての粒子が初期に非平衡状態にあったとしても、τ ≈ 1 fm/cでバリオン-反バリオン対はほぼ平衡状態に達し、完全な平衡からのわずかなずれにとどまる。
• これらの結果は、ハゲルドン共鳴状態が、初期化学的平衡を仮定せずとも、観測された反バリオン生成率を説明可能であることを示唆し、動的平衡化メカニズムを支持する。