[論文レビュー] Electric Conductivity of the Quark-Gluon Plasma investigated using a pQCD based parton cascade

Moritz Greif, I. Bouras+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2014

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、pQCDに基づくパートンカスケードを用いて、相対論的ボルツマン方程式をグリーン＝クーブ形式および古典的導電率法により解き、電気伝導度を計算した。両手法は一貫した結果をもたらし、超相対論的クォーク-グルーオンプラズマにおけるドレーデの公式の最初の数値的検証を提示した。また、温度依存性に関しては、格子QCDの結果と良好な一致を示した。

ABSTRACT

Electric conductivity is sensitive to effective cross sections among the particles of the partonic medium. We investigate the electric conductivity of a hot plasma of quarks and gluons, solving the relativistic Boltzmann equation. In order to extract this transport coefficient, we employ the Green-Kubo formalism and, independently, a method motivated by the classical definition of electric conductivity. To this end we evaluate the static electric diffusion current upon the influence of an electric field. Both methods give identical results. For the first time, we obtain numerically the Drude electric conductivity formula for an ultrarelativistic gas of quarks and gluons employing constant isotropic binary cross sections. Furthermore, we extract the electric conductivity for a system of massless quarks and gluons including screened binary and inelastic, radiative $2\leftrightarrow 3$ perturbative QCD scattering. Comparing with recent lattice results, we find an agreement in the temperature dependence of the conductivity.

研究の動機と目的

• 高温のクォーク-グルーオンプラズマの電気伝導度を、相対論的輸送アプローチを用いて計算すること。
• 電気伝導度という輸送係数を抽出するための2つの独立した手法—グリーン＝クーブ形式と古典的導電率法—の妥当性を検証すること。
• スクリーニングされた二体衝突および非弾性2↔3散乱過程が、伝導度に与える寄与を調査すること。
• 計算された伝導度が、最近の格子QCDの結果と温度依存性においてどのように一致するかを比較すること。

提案手法

• 質量ゼロのクォークおよびグルーオンの系に対する相対論的ボルツマン方程式を、pQCDに基づくパートンカスケードを用いて解く。
• 電流-電流相関関数から電気伝導度を抽出するためにグリーン＝クーブ形式を適用する。
• 外部電場下での静的拡散電流を計算することで、古典的定義の導電率を用いる。
• スクリーニングされた二体衝突および非弾性2↔3放射過程を含む、摂動的QCD散乱過程を組み込む。
• 超相対論的極限においてドレーデの公式を解析的に検証するため、定常な等方的断面積を用いる。
• さまざまな温度範囲で電気伝導度を抽出するために、数値的シミュレーションを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グリーン＝クーブ形式は、相対論的パートオン系において、古典的導電率法と一貫した結果をもたらすか？
• RQ2 定常な等方的断面積を用いた超相対論的クォーク-グルーオンプラズマにおいて、ドレーデの公式の数値的検証は可能か？
• RQ3 スクリーニングされた二体衝突および非弾性2↔3散乱過程は、パートオン系の電気伝導度にどのように影響を与えるか？
• RQ4 摂動的QCD散乱過程を含めた場合、電気伝導度の温度依存性はいかなるものか？
• RQ5 計算された伝導度は、最近の格子QCDの結果と定量的にどの程度一致するか？

主な発見

• グリーン＝クーブ形式と古典的導電率法の両方が、電気伝導度に関して同一の結果をもたらし、数値的アプローチの妥当性が裏付けられた。
• 本研究では、定常な等方的断面積を用いた超相対論的クォーク-グルーオンプラズマにおいて、ドレーデの公式の最初の数値的確認がなされた。
• スクリーニングされた二体衝突および非弾性2↔3散乱過程の組み込みにより、摂動的QCDの期待と整合する温度依存性の伝導度が得られた。
• 計算された電気伝導度は、温度依存性において最近の格子QCDの結果と良好な一致を示した。
• 結果は、pQCDに基づくパートンカスケードがクォーク-グルーオンプラズマにおける輸送特性を研究する上で信頼できる手法であることを示している。