[論文レビュー] Dynamical modeling of high energy heavy ion collisions

Tetsufumi Hirano, Yasushi Nara|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2012

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 21被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、相対論的流体力学、$k_T$-因子化、膨張する媒体におけるジェット遮断、ハドロン輸送、非アーベルVlasovシミュレーションを統合した、高エネルギー重イオン衝突の包括的で動的なモデルフレームワークを提示する。初期状態の非平衡ダイナミクスとクォーカー・グルーオンプラズマにおける熱平衡化を記述するため、イベントごとのフラクチュエーションを伴う初期条件を用いた技術的実装に重点を置いている。これには、古典的ヤン・ミルズ理論およびCGCに基づくGlasmavolatilityの進化が含まれる。

ABSTRACT

We present theoretical approaches to high energy nuclear collisions in detail putting a special emphasis on technical aspects of numerical simulations. Models include relativistic hydrodynamics, Monte-Carlo implementation of k_T-factorization formula, jet quenching in expanding fluids, a hadronic transport model and the Vlasov equation for colored particles.

研究の動機と目的

• 高エネルギー重イオン衝突における物質の全時空的進化をシミュレートする統一的理論フレームワークの構築を目的とする。
• 特にGlasmavolatilityからクォーカー・グルーオンプラズマへの遷移を含む、初期段階における非平衡ダイナミクスの課題に取り組む。
• ヌクレオン配置と粒子生成からのイベントごとのフラクチュエーションを含む現実的な初期条件を組み込む。
• 密度が高く膨張する物質におけるパートンエネルギー損失と流体力学的進化を結合することで、ジェット遮断を一貫してモデル化する。
• 粘性流体力学、衝突効果、最終状態のハドロン相互作用を組み込むことで、シミュレーションの精度を向上させる。

提案手法

• 初期状態のGlasmavolatility状態を、色ガラスコンデンゲート（CGC）初期条件から、$k_T$-因子化および古典的ヤン・ミルズ方程式を用いてモデル化する。
• SU(N)ゲージ理論における共変電流保存則およびガウスの法則を満たす非アーベル粒子-セル法を用いて、色を持つ粒子のVlasovダイナミクスをシミュレートする。
• イベントごとの初期条件を用いた相対論的流体力学を用いて、熱平衡状態にあるクォーカー・グルーオンプラズマ相を記述する。
• 時間的に変化する流体力学的媒体密度を経由してパートンエネルギー損失を追跡することで、ジェット遮断モデルを統合する。
• 後段階の進化を現実的に記述するため、ハドロン輸送モデルを組み込むことで、化学的および運動的凍結を可能にする。
• モンテカルロ・グローバー・モデルおよびDIPSYイベントジェネレータからのフラクチュエーティング初期条件を用いて、高次の非軸対称流れをシミュレートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、古典的ヤン・ミルズ理論およびVlasov法を用いて、重イオン衝突の初期段階における非アーベルプラズマダイナミクスを一貫してシミュレートできるか？
• RQ2 ヌクレオン配置および粒子生成からの初期状態のフラクチュエーションは、三角形流れなどの高次の非軸対称流れを生成する上で果たす役割は何か？
• RQ3 粘性補正および衝突効果は、クォーカー・グルーオンプラズマの流体力学的記述に及ぼす影響は何か？実験データとの比較においてどのような意味を持つか？
• RQ4 時間的に変化する媒体におけるパートンエネルギー損失と流体力学的進化を結合することで、ジェット遮断をどの程度正確にモデル化できるか？
• RQ5 JIMWLKに従って進化した初期条件を用いた古典的ヤン・ミルズシミュレーションによって、Glasmavolatilityから熱平衡状態にあるクォーカー・グルーオンプラズマへの遷移を記述できるか？

主な発見

• Glasmavolatility進化の古典的ヤン・ミルズシミュレーションは、RHICおよびLHCにおける多重度分布を再現するが、初期状態の粒子あたりの横方向エネルギーを過剰に推定する。
• 短い熱平衡化時間（約1 fm/c）を仮定した流体力学的シミュレーションは、RHICおよびLHCで観測された大きな楕円流れをうまく再現し、sQGP仮説を支持する。
• フラクチュエーティング初期条件を用いたイベントごとのシミュレーションは、三角形流れを含む高次の非軸対称流れを再現でき、リッジ構造の形成に寄与する。
• $pp$および$pA$衝突における多重度はKNOスケーリングを示し、粒子生成のフラクチュエーションは高次の非軸対称性を約50%増加させる。
• Glasmavolatility初期条件を用いた粘性流体力学的シミュレーションは、非軸対称流れおよびジェット遮断に関する実験データとの一致を改善する。
• 非アーベル粒子-セル法は、小さな格子間隔において色電荷の大きさを保存し、非アーベルゲージ理論におけるガウスの法則と一貫性を保つ。