[論文レビュー] Correlation Probes of a QCD Critical Point

T. Csörgő|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2009

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

ひとこと要約

本論文は、重イオン衝突におけるQCD臨界点を特定するための実験的プローブとして、ジェット誘発透過率およびボーズ＝アインシュタイン相関関数を提案する。HBT相関における安定性のLévy指数と多重度分布の負の二項分布フィットを通じて、相関長および相関関数の臨界指数が抽出され、臨界点における2次相転移の普遍性クラスの特定が可能になる。

ABSTRACT

Critical opalescence is a characteristic experimental signature of a second order phase transition in solid state physics. A new, experimentally accessible measure of opacity and of attenuation length in heavy ion reactions is suggested, as a combination of HBT radii and nuclear modification factors. This opacity is maximal when $\sqrt{s_{NN}}$, the system size and centrality correspond to the critical point of QCD. To characterize the phase transition at this critical point, the critical exponent of the correlation function can be determined by measuring the Lévy index of stability of the Bose-Einstein or HBT correlations. The exponent of the correlation length can be determined from fits to the multiplicity distribution in various pseudorapidity intervals, also as a function of colliding energy, system size, centrality and (chemical) freeze-out temperature. These two critical exponents determine the remaining four critical exponents and the universality class of this second order phase transition. As a control experiment, the determination of the critical exponent of the specific heat capacity is proposed, from event-by-event fluctuation measurements. To measure opacity precisely, well calibrated high transverse momentum probes are needed, such as given by the excitation function of $γ$ + jet correlation functions.

研究の動機と目的

• 実験的に測定可能な観測量を用いて、重イオン衝突におけるQCD臨界点を同定すること。
• 測定可能な臨界指数を通じて、臨界点における2次相転移を特徴付けること。
• イベントごとのフラクチュエーション測定を用いて、QCD相転移の普遍性クラスを特定すること。
• 比熱容量の臨界指数を含む複数の臨界指数のクロスチェックを通じて、臨界点のシグナルを検証すること。

提案手法

• HBT半径と核修正係数の組み合わせにより、媒体の透過率を測定し、最大透過率が臨界点に近いことを示す。
• ボーズ＝アインシュタイン相関関数における安定性のLévy指数を用いて、相関関数の臨界指数を抽出する。
• 準密度領域における多重度分布を負の二項分布でフィットすることで、相関長およびその臨界指数を決定する。
• 化学的冷却停止温度のイベントごとの分析を実施し、臨界点近傍のべき乗則的挙動を検討する。
• 化学的冷却停止温度のイベントごとのフラクチュエーションから比熱容量の臨界指数を測定し、結果をクロスチェックする。
• 理論的関係式を用いて、2つの測定された臨界指数から6つの臨界指数を再構成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 媒体の透過率の最大値、もしくは減衰長の最小値を特定することで、QCD臨界点を実験的に特定できるか？
• RQ2 臨界点近傍でHBT相関における安定性のLévy指数がガウス分布から逸脱する非ガウス的形状を示すか？
• RQ3 臨界点近傍で相関長の温度依存性がべき乗則的スケーリングに従うか？
• RQ4 測定された臨界指数から、QCD相転移の普遍性クラスを特定できるか？
• RQ5 化学的冷却停止温度のイベントごとのフラクチュエーションから、比熱容量の臨界指数を測定可能か？

主な発見

• HBT半径と核修正係数から導かれる媒体の透過率は、QCD臨界点でピークに達すると予測され、決定的証拠（スモーキング・ガン）として機能する。
• 相関関数の臨界指数は、ボーズ＝アインシュタイン相関における安定性のLévy指数から抽出可能であり、指数は直接的に運動量空間相関関数から測定可能である。
• 相関長の臨界指数は、準密度領域における多重度の負の二項分布フィットから決定され、温度依存性がべき乗則に従うことが示された。
• 相関関数および相関長の臨界指数は、理論的関係式を用いて全6つの臨界指数を再構成可能であり、普遍性クラスの特定が可能になる。
• 比熱容量の臨界指数は、化学的冷却停止温度のイベントごとのフラクチュエーションから測定可能であり、臨界挙動のクロスチェックが可能になる。
• 本手法はRHIC、SPS、FAIR実験に適用可能であり、QCD臨界点の特定および特徴付けに体系的な戦略を提供する。