[論文レビュー] Conical flow in a medium with variable speed of sound

Jorge Casalderrey-Solana, Edward Shuryak|ArXiv.org|Nov 22, 2005

Fluid Dynamics and Turbulent Flows参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、時間変動する音速を伴うクォーク- gluonプラズマにおける円錐状流れを調査し、膨張と $c_s$ の減少がマーチ・コーンの観測可能な効果を強化することを示している。さらに、一次相転移では混合相における音速の消失に起因し、$Δ\phi \approx 1.4$ ラジアンに第二のピークを持つ反射波を生成するが、PHENIXデータにそのようなピークが観測されないことは、一次相転移を除外する。

ABSTRACT

In high energy nuclear collisions, QCD jets deposit a large fraction of their energy into the produced matter. It has been proposed that as such matter behaves as a liquid with a very small viscosity, a fraction of this energy goes into a collective excitation called the ``conical flow'', similar e.g. to the sonic booms generated by the supersonic planes. In this work we study the effect of time-dependent speed of sound on the development of the conical wave. We show that the expansion of matter and the decrease of $c_s$ leads to an increase of observable manifestations of the conical flow. We also show that if the QCD phase transition is of the first order (and thus with vanishing speed of sound in the mixed phase) the wave must split into two, with opposite directions. We then argue that it is not the case experimentally, which supports the conclusion that the QCD phase transition is $not$ of the first order.

研究の動機と目的

• 時間依存音速および流体力学的膨張がクォーク-グルーオン・プラズマにおける円錐状流れに与える影響を理解すること。
• 一次相転移が混合相における音速の消失を引き起こす場合、それが検出可能な反射波を生じるかどうかを評価すること。
• RHICからの二粒子アゼイムス相関データと理論的予測を比較すること。
• 断熱不変量と幾何光学を用いて、変化する $c_s$ の下での波の振幅および進行方向の変化をモデル化すること。
• 実験的データに1.4ラジアン付近にピークがないことから、二次相転移である可能性を特定すること。

提案手法

• 時間依存音速を伴う媒質における音波の振幅変化をモデル化するため、$I = \oint p\,dq$ を用いた断熱不変量を適用する。
• 波面の進行経路および有効発生角の推定に幾何光学近似を用いる。
• 火炎球をロバートソン＝ウォーカー計量としてモデル化し、波動伝播に及ぼす膨張効果を模擬する。
• QGPおよび混合相の時間の長さが等しいと仮定した場合、有効発生角 $\theta_e \approx 1.4$ ラジアンを計算する。
• 理論的予測の波の分裂と、PHENIXの二粒子相関関数（$\Delta\phi \approx 1.4$ ラジアン付近）を比較する。
• 線形化された流体力学の解析解を用いて、マーチ・コーンの角度および振幅増幅を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォーク-グルーオン・プラズマにおける時間依存音速が、円錐状流れの振幅および観測可能性に与える影響は何か？
• RQ2 QCD相転移が一次的である場合、混合相における音速の消失に起因してどのような観測可能なシグネチャーが生じるか？
• RQ3 そのような相転移に起因する反射波は、二粒子アゼイムス相関関数に検出可能な第二のピークを生じるか？
• RQ4 流体力学的膨張は、粒子スペクトルにおけるマーチ・コーン信号をどの程度強化するか？
• RQ5 PHENIXデータにおいて $\Delta\phi \approx 1.4$ ラジアン付近にピークがないことは、一次相転移を除外するものか？

主な発見

• 音速の変化により $v/T$ の比は10%増加し、さらに膨張により3倍に増大し、粒子スペクトルにおける観測可能な効果が強化される。
• 混合相で音速が消失する一次相転移では、波の反射が生じ、後方へと進行する第二の円錐状波が生成される。
• 反射波は、有効発生角 $\theta_e \approx 1.4$ ラジアンに対応する $\Delta\phi \approx 1.4$ ラジアン付近のアゼイムス相関関数にピークを生じる。
• PHENIXデータには $\Delta\phi \approx 1.4$ ラジアン付近に顕著な増幅がなく、中心的または高多重度イベントにおいても第二のピークの兆候は観測されない。
• 予測された第二のピークが存在しないことは、QCD相転移が一次的でないことを示唆し、二次的またはクロスオーバー相転移を支持する。