[論文レビュー] Dynamical formation of domains in net-baryon density at the QCD phase transition

C. Herold, Marlene Nahrgang+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、重イオン衝突におけるQCD相転移の過程で、クォーカー反クォーカー流体と結合した動的なチャーミカル場およびポリakov場を有する(3+1)次元モデルを用いて、非一様なニュートロン数密度ドメインの動的形成を調査する。場と物質の間の散逸的かつノイズ的な相互作用が、一次相転移のスピンダル領域における場のフラクチュエーションを引き起こし、ドメイン形成を駆動する。一方、クロスオーバーおよび臨界端点のダイナミクスをベンチマークとして対比する。

ABSTRACT

We consider the (3+1) dimensional expansion and cooling of the chirally-restored and deconfined matter at finite net-baryon densities as expected in heavy-ion collisions at moderate energies. In our approach, we consider chiral fields and the Polyakov loop as dynamical variables coupled to a medium represented by a quark-antiquark fluid. The interaction between the fields and the fluid leads to dissipation and noise, which in turn affect the field fluctuations. We demonstrate how inhomogeneities in the net-baryon density may form during an evolution through the spinodal region of the first-order phase transition. For comparison, the dynamics of transition through the crossover and critical end point is also considered.

研究の動機と目的

• 中程度のエネルギーにおける重イオン衝突におけるQCD相転移の過程で、ニュートロン数密度の非一様性がどのように生成されるかを理解すること。
• 3次元空間的拡大場において、チャーミカル対称性の回復、ポリakovループによる脱コンfinement、およびニュートロン数密度ダイナミクスの相互作用をモデル化すること。
• 特に散逸およびノイズの寄与が、フラクチュエーションを引き起こし、ドメイン形成を駆動する場と物質の相互作用の役割を調査すること。
• 一次相転移のスピンダル領域におけるドメイン形成ダイナミクスと、滑らかなクロスオーバーおよび臨界端点におけるダイナミクスを対比すること。
• 非平衡現象を研究するための動的で場理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• クォーカー反クォーカー流体を表す、チャーミカル場およびポリakovループを3次元空間的拡大場に結合した有効場理論モデルを採用する。
• 場と物質の相互作用として、散逸的力および確率的ノイズを生成するモデルを導入し、動的場のラングジュアン型方程式で記述する。
• 物質の膨張と冷却をQCD相転移を通過する過程でシミュレートし、ニュートロン数密度および場のフラクチュエーションの時間発展を追跡する。
• 一次相転移のスピンダル領域を、秩序パラメータの不安定性によって自発的な非一様性の成長が予想される領域として用いる。
• スムーズなクロスオーバーおよび臨界端点の状況と結果を比較し、不安定性が存在しない状況を対比する。
• 空間的構造としてのニュートロン数密度フラクチュエーションを分析し、相転移中に形成されたドメイン様構造を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 散逸およびノイズを伴う場と物質の相互作用が、QCD相転移の過程で非一様なニュートロン数密度ドメインをどのように駆動するか。
• RQ2 一次相転移のスピンダル領域が、ニュートロン数密度非一様性の動的生成に果たす役割は何か。
• RQ3 チャーミカル場およびポリakov場の動的発展が、相転移中にニュートロン数密度の空間的構造に与える影響は何か。
• RQ4 ドメイン形成という観点から、一次相転移のダイナミクスとクロスオーバーおよび臨界端点のダイナミクスの違いは何か。
• RQ5 観測されたドメイン形成は、物質結合によって誘発された場のフラクチュエーションの不安定性に起因するだろうか。

主な発見

• 一次相転移のスピンダル領域を通過する際の物質の膨張と冷却の過程で、ニュートロン数密度の非一様性が動的に形成される。
• チャーミカル場、ポリakovループ、およびクォーカー反クォーカー流体の相互作用が、ニュートロン数密度非一様性の種を生成する場のフラクチュエーションを生じる。
• 場と物質の間の散逸的およびノイズ的相互作用が、フラクチュエーションの増幅とドメイン形成を可能にする上で不可欠である。
• クロスオーバーおよび臨界端点領域では、ドメイン形成が抑制され、相転移が滑らかでスピンダル不安定性が存在しないためである。
• ニュートロン数密度の空間的構造は、スピンダル領域における場のフラクチュエーションから生じるドメイン様構造と一貫した特徴的なパターンを示す。
• このモデルは、外部勾配が存在しない状況においても、非平衡的ダイナミクスが巨視的非一様性を生じうることを示している。