[論文レビュー] Classicalization and unitarization of wee partons in QCD and Gravity: The CGC-Black Hole correspondence

Gia Dvali, Raju Venugopalan|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2021

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 104被引用数 39

ひとこと要約

本稿は、高エネルギーQCDにおけるカラーラスコンデンエート（CGC）と重力におけるブラックホールの間の深いつながりを提案し、両者ともソフトグルーオンまたは重力子の臨界的凝縮によって「ウェー部分粒子」の古典化とユニタリティ化を示すことを示している。主な結果は、両システムが普遍的なエントロピー上限 Smax = 1/α(QS) に達することであり、エントロピーはゴールドストーンスケールの単位での面積に比例する——重力ではベッケンシュタイン＝ホーキング型エントロピーが得られ、QCDでは類似の面積則が成立する。

ABSTRACT

We discuss a remarkable correspondence between the description of Black Holes as highly occupied condensates of $N$ weakly interacting gravitons and that of Color Glass Condensates (CGCs) as highly occupied gluon states. In both cases, the dynamics of "wee partons" in Regge asymptotics is controlled by emergent semi-hard scales that lead to perturbative unitarization and classicalization of $2 ightarrow N$ particle amplitudes at weak coupling. In particular, they attain a maximal entropy permitted by unitarity, bounded by the inverse coupling $\alpha$ of the respective constituents. Strikingly, this entropy is equal to the area measured in units of the Goldstone constant corresponding to the spontaneous breaking of Poincar{\'{e}} symmetry by the corresponding graviton or gluon condensate. In gravity, the Goldstone constant is the Planck scale, and gives rise to the Bekenstein-Hawking entropy. Likewise, in the CGC, the corresponding Goldstone scale is determined by the onset of gluon screening. We point to further similarities in Black Hole formation, thermalization and decay, to that of the Glasma matter formed from colliding CGCs in ultrarelativistic nuclear collisions, which decays into a Quark-Gluon Plasma.

研究の動機と目的

• 高エネルギーQCDにおけるカラーラスコンデンエート（CGC）と重力におけるブラックホール物理学との間の対応を確立すること。
• 両システムがレッジ極限における2→N振幅の古典化と摂動的ユニタリティ化を示すことを示すこと。
• 両システムにおける最大エントロピーが Smax = 1/α(QS) で上限づけられ、これが顕れた半ハードスケールに関連することを示すこと。
• 超相対論的重イオン衝突におけるブラックホール形成とグルーマ形成の記述を、共有される普遍的力学によって統一すること。

提案手法

• レッジ極限において、CGC（高密度グルーオン状態）とブラックホール（高密度重力子凝縮状態）の間の対応を提案する。
• 臨界的凝縮条件 N = 1/α(QS) を用いて、ソフト部分粒子状態の飽和を定義する。
• ユニタリティから導かれるエントロピー上限 Smax = 1/α(QS) を適用し、それがゴールドストーンスケール f の単位での面積に関連することを示す。
• ゴールドストーンスケール f を、重力ではプランクスケール、QCDではグルーオンのスクリーニングスケールとして特定する。
• マルチレッジ運動学における2→N散乱振幅を分析し、縮退 eN を補償する指数的抑制 e−N が成立することを示す。
• 有効場理論とアイケノン化を用いて、RS = 1/QS のスケールで振幅をユニタリ化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCDにおけるCGCと重力におけるブラックホールは、レッジ極限において2→N振幅の古典化とユニタリティ化をどのように達成するか？
• RQ2 両システムにおける普遍的エントロピー上限 Smax = 1/α(QS) の起源は何か？ そしてそれは面積とゴールドストーンモードとどのように関係するか？
• RQ3 なぜCGCとブラックホールシステムが同じエントロピー上限に達するのか？ これにより、それらの普遍的力学に何が示唆されるか？
• RQ4 重イオン衝突におけるグルーマ状態の形成は、ブラックホール形成と力学的・熱化的観点でどのように類似しているか？
• RQ5 自発的ポアンカレ対称性の破れが、両システムにおけるエントロピーを決定するゴールドストーンスケール f を生成する役割を果たすか？

主な発見

• 最大エントロピー Smax = 1/α(QS) は、CGCおよびブラックホールシステムの両方で達成され、普遍的なユニタリティ上限を表す。
• エントロピーはゴールドストーンスケール f の単位での面積に比例し、Smax = 面積 × f² と表される。ここで f = MP（重力）および f = Qs（QCD）である。
• 飽和運動量 QS はド・ブロイ波長 RS = 1/QS を定義し、そのスケールで系は古典的かつユニタリになる。
• ソフト部分粒子の2→N散乱振幅はアイケノン化によりユニタリ化され、状態の縮退 eN を指数的抑制 e−N が相殺する。
• 典型的な最終状態運動量 |p| ∼ MP/√s = 1/RS は、ホーキング温度およびシュバルツシルト半径と一致し、力学とブラックホール熱力学を結びつける。
• 対応関係は崩壊、熱化、情報回復にも拡張され、飽和系における普遍的挙動を示唆する。