[論文レビュー] Dynamical evolution of heavy quarkonia in a deconfined medium

Nicolas Borghini, Clément Gombeaud|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2011

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、クォーカー・グルーオン・プラズマ（QGP）における重いクォーカー中間子の動的モデルを提案する。ここで、媒体に起因する束縛状態間の遷移（$J/\psi$、$\psi'$、$\Upsilon$状態など）が、真空中の固有状態の協調的混合を引き起こす。簡略化されたクォーカー中間子ポテンシャルと熱的グルーオン浴を用いたマスター方程式の手法により、すべての束縛状態が共通の時間スケールで進化することが判明し、順次融解や熱平衡予測とは異なる、温度依存の非順次的で人口比が得られる。

ABSTRACT

We investigate some consequences of the possibility that heavy quarkonia in a quark-gluon plasma possess different (quasi-) bound states, between which transitions are possible. In particular, we show that the time-evolution eigenstates in the medium are mixtures of the vacuum eigenstates. This leads to abundance ratios of quarkonia that differ from those predicted in statistical models or in the sequential-melting picture.

研究の動機と目的

• 静的または順次融解モデルを超えた、脱コンfinement状態における重いクォーカー中間子の動的進化を調査すること。
• クォーカー・グルーオン・プラズマ内での、異なる（準）束縛クォーカー中間子状態間の媒体に起因する遷移の結果を検討すること。
• QGP内での時間発展固有状態が、真空中の固有状態の混合であるかどうかを特定し、人口比が変化することを明らかにすること。
• クォーカー中間子とプラズマの相互作用を最小限に抑え、解析的に取り扱えるモデルとしての遷移の可能性を評価すること。
• 重イオン衝突における実験的クォーカー中間子の人口比を用いて、モデルのパラメータを制約するフレームワークを提供すること。

提案手法

• クォーカー・グルーオン・プラズマを、連続的な周波数スペクトルを持つ調和励起の静的熱的バスターバイとしてモデル化する。
• 重いクォーカー中間子を、調整された結合定数（$c\bar{c}$ では $\alpha \approx 0.4$、$b\bar{b}$ では $\alpha \approx 0.25$）を持つ簡略化された非相対論的クーロンポテンシャルで表現し、同じ $L$ および $S$ 量子数を持つ状態の縮重を人工的に解きほぐす。
• 色 singlet 束縛状態間の単一グルーオン遷移を可能にするために、並列的な色八重項状態のスペクトルを導入するが、物理的に不実在な遷移であることに注意する。
• 束縛状態の上に連続体として非束縛 $Q\bar{Q}$ 状態をモデル化し、エネルギー階層を保つことで安定性を確保する。
• 弱い結合およびプラズマとの双極子相互作用を仮定し、クォーカー中間子状態の人口の時間発展を記述するマスター方程式形式を用いる。
• マスター方程式を数値的に解き、遷移率および人口ダイナミクスを計算する。初期状態として $t=0$ で一つの束縛状態が準備されていると仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 媒体に起因する異なる束縛クォーカー中間子状態間の遷移が、クォーカー・グルーオン・プラズマ内での真空中固有状態の協調的混合を引き起こすか？
• RQ2 束縛準位間の遷移を許容した場合、クォーカー中間子状態の人口比は時間とともにどのように変化するか？
• RQ3 得られる人口比は、順次融解モデルおよび熱平衡予測の両者と逸脱するか？
• RQ4 媒体に起因する遷移がある場合、クォーカー中間子人口の均衡化に必要な特徴的な時間スケールは何か？
• RQ5 最終的な定常人口比は、プラズマの温度およびモデルパラメータにどのように依存するか？

主な発見

• QGP内での時間発展固有状態は、媒体に起因する遷移により、真空中のクォーカー中間子固有状態の混合であるため、各状態の独立した進化という仮定は誤りである。
• すべての束縛クォーカー中間子状態が共通の特徴的な時間スケールで進化するため、異なる速度で崩壊するという順次融解の図式とは矛盾する。
• 過渡期を経て、クォーカー中間子状態の人口比は、プラズマの温度に依存する定常的で非平衡的な状態に達する。
• 最終的な人口比は、順次融解モデルおよび熱平衡予測の両者と異なるため、標準的な統計的モデルでは捉えきれない、新たな動的平衡状態であることが示された。
• 本モデルは、$1S$ 状態（例：$J/\psi$、$\Upsilon$）が他の励起状態よりも完全に崩壊する前に、全レベルにわたる協調的進化が生じることを予測している。
• 人口進化の特徴的な時間スケールのオーダーは現実的であり、弱結合およびマコロフ的マスター方程式近似の妥当性を裏付けている。