[論文レビュー] Dilepton emission in high-energy heavy-ion collisions with dissipative hydrodynamics

Gojko Vujanovic, Gabriel S. Denicol+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、3+1次元の散乱流体力学を用いて、高エネルギー重イオン衝突における熱的二重レプトン生成を調査し、輸送係数—剪切粘性係数、剪切緩和時間、バリオン拡散—を調べる。二重レプトンの異方的流れ（v₂）は、特にRHICおよびBESエネルギー領域でこれらの係数に強く敏感であり、ハドロン観測量を超えるQCD媒体の輸送特性を制約する強力な手法を提供する。

ABSTRACT

In this contribution we study the effects of three transport coefficients of dissipative hydrodynamics on thermal dilepton anisotropic flow observables. The first two transport coefficients investigated influence the overall size and growth rate of shear viscous pressure, while the last transport coefficient governs the magnitude of net baryon number diffusion in relativistic dissipative fluid dynamics. All calculations are done using state-of-the-art 3+1D hydrodynamical simulations. We show that thermal dileptons are sensitive probes of the transport coefficients of dissipative hydrodynamics.

研究の動機と目的

• 散乱相対論的流体力学における輸送係数への熱的二重レプトン異方的流れ（v₂）の感受性を評価すること。
• 剪断粘性係数（η）、剪断緩和時間（τπ）、およびバリオン拡散（κ）が、高エネルギーおよび低エネルギーで二重レプトン観測量に与える影響を調査すること。
• ビームエネルギースキャン（BES）領域における有限のネットバリオン化学ポテンシャル（μB）およびバリオン伝導度が、二重レプトンの生成率とv₂に与える影響を調査すること。
• 二重レプトンがハドロン観測量を超えて、QCD物質における輸送係数を抽出するための補足的制約を提供することを示すこと。
• 温度依存のη/sおよびμB依存の状態方程式の役割が、二重レプトン放出パターンに与える影響を評価すること。

提案手法

• クォーカン・グルーオンおよびハドロン物質相の時空的進化をシミュレートするために、2次形式のアイザラ・シュタウル式を用いた3+1次元相対論的散乱流体力学を採用する。
• ストレssエネルギー張子（Tμν）およびネットバリオン数流束（JBμ）の連立方程式を解き、剪断粘性圧力πμνおよびバリオン拡散Vμを含む。
• 剪断粘性係数η、緩和時間τπ、バリオン伝導度κを含むπμνおよびVμの緩和方程式を用い、ボルツマン方程式の14モーメント近似から導かれた項を含む。
• 2つの状態方程式を実装する：高エネルギー（200 GeV）では標準的、低エネルギー（7.7 GeV）ではμB依存のグランドカノニカル形式を用い、テイラー展開および格子QCDにインspiredした形式を用いる。
• スカラー積法を用いて二重レプトン生成率とv₂を計算し、異なる輸送係数および状態方程式の選択による結果を比較する。
• 動量異方性εp = ⟨Txx−Tyy⟩/⟨Txx+Tyy⟩を分析し、流体力学的圧力勾配と二重レプトン流れのパターンの関連を明らかにする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 200 GeVにおける剪断緩和時間τπが、熱的二重レプトンの異方的流れ（v₂）に与える影響は何か？
• RQ2 QGP相におけるη/sの線形的温度依存性の勾配に、二重レプトンv₂はどの程度感受性を示すか？
• RQ3 状態方程式に有限のネットバリオン化学ポテンシャル（μB）を組み込むと、√sNN = 7.7 GeVにおける二重レプトン生成率とv₂にどのような影響が生じるか？
• RQ4 バリオン拡散（κによって支配される）が、エントロピーまたは温度プロファイルにほとんど変化がないにもかかわらず、二重レプトンv₂に与える影響は何か？
• RQ5 二重レプトン観測量は、ハドロン流れから得られるものとは別個の輸送係数の制約を提供できるか？

主な発見

• 熱的二重レプトンは剪断緩和時間τπに対して強く感受性を示し、大きなτπでは後期に高い粘性圧力が生じ、低pTでの二重レプトン流れが減少する。このため、v₂データからのτπの制約が可能である。
• 二重レプトンのv₂は、η/sの温度依存性の勾配に感受性を示すが、ハドロンのv₂はほとんど感受性を示さないため、二重レプトンはη/sの進化を独自に探るプローブとして有効である。
• 状態方程式に有限のμBを組み込むと、μBを二重レプトン生成率に含めない場合でも、温度プロファイルの変化により二重レプトン生成率が急激に低下する。
• 二重レプトン生成率にμBを含めると、ベクトルメソンの媒質幅が顕著に広がり、低インバリアント質量域での生成率が増加する。
• バリオン拡散は、生成率や温度にほとんど影響を与えないにもかかわらず、二重レプトンv₂を顕著に変化させる（図3の紫・黄色の曲線で明確に示される）。これはv₂がκの感受性に非常に敏感であることを示唆する。
• 動量異方性εpはv₂曲線の順序と相関しており、粘性および拡散的効果によって駆動される圧力勾配が二重レプトン流れに組み込まれていることを示唆する。