[論文レビュー] Electromagnetic radiation from relativistic nuclear collisions

Charles Gale, Kevin Haglin|ArXiv.org|Jun 11, 2003

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 5被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、高温・高密度のクォーカー・グルーオン・プラズマ（QGP）およびハドロン物質で生成される真空中の光子と二重レプトンの電磁放射線について、相対論的核衝突からの電磁放射線をレビューする。摂動的QCDと有効場理論を組み合わせて放射率を計算し、CERNのデータと整合性を示し、約200 MeVでの熱的放射が示唆される。今後の加速器実験では、QGPの特徴をより直接的に探査できると期待される。

ABSTRACT

We review some of the results obtained in the study of the production of electromagnetic radiation in relativistic nuclear collisions. We concentrate on the emission of real photons and dileptons from the hot and dense strongly interacting phases of the reaction. We examine the contributions from the partonic sector, as well as those from the nonperturbative hadronic sector. We examine the current data, some of the predictions for future measurements, and comment on what has been learnt so far.

研究の動機と目的

• . 相対論的核衝突で生成されるクォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）の電磁的特徴を同定することを目的とする。
• . 光子および二重レプトンの放射に寄与する部分子的（QGP）およびハドロン的相の寄与を分離することを目的とする。
• . 電磁的プローブがQGPの熱的および動的性質を直接的・強い相互作用を伴わない方法で探査できるかを評価することを目的とする。
• . WA80およびWA98の既存データと理論的予測を比較し、放射モデルの妥当性を検証することを目的とする。
• . 特に赤外発散および光子・二重レプトン生成における物質効果を含む、有限温度での放射率を計算する上での課題に取り組む。

提案手法

• . 光子放射率における赤外発散を規制するため、有限温度の量子場理論およびハード・サーマル・ループ（HTL）再結合を用いる。
• . ハドロン媒体における二重レプトン生成をモデル化するために、スペクトル関数法および有効ラグランジアンを適用する。
• . 部分子的放射に対して摂動的QCD計算を、ハドロン相に対して非摂動的ハドロンモデルを組み合わせる。
• . 火炎球の時空的進化をモデル化し、放射率を時間的に統合するために輸送および流体力学的シミュレーションを用いる。
• . ヴァインバーグの和則およびチャーミカル還元公式を用いて、ベクトルおよび軸性ベクトルのスペクトル関数を通じて、チャーミカル対称性の回復を探査する。
• . CERNのWA80およびWA98の実験データと理論的予測を比較し、放射モデルを制約し、熱的パラメータを抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . 相対論的核衝突からの電磁放射線は、クォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）を直接的プローブとしてどの程度有効に機能するか。
• RQ2 . QCDにおける物質効果は、真空中の放射率と比較して、光子および二重レプトンの放射率をどのように変化させるか。
• RQ3 . 総観測電磁放射線に占める部分子的（QGP）およびハドロン的相の寄与はそれぞれどの程度か。
• RQ4 . 観測された光子および二重レプトンの生成量は、約200 MeVの温度を持つ火炎球からの熱的放射によって一貫して説明可能か。
• RQ5 . チャーミカル対称性の回復およびスペクトル関数の変更（例：rhoメソン）は、二重レプトンおよび光子放射にどのような役割を果たすか。

主な発見

• . 有限温度QCDからの理論的光子放射率は、HTL再結合を用いて信頼性高く計算可能となり、赤外発散が除去され、安定で有限の結果が得られた。
• . WA80およびWA98のデータとの比較から、約200 MeVの温度を持つ火炎球からの熱的放射と整合性があることが示された。
• . 有限エネルギー密度下でのrhoスペクトル関数は顕著に変化しており、物質効果の証拠ならびにQGP相の主要な特徴としての意義を持つ。
• . 中間質量領域における二重レプトン生成は、特にベクトルおよび軸性ベクトル相関関数の物質中スペクトル関数に敏感である。
• . 現在のSPSエネルギー下では、電磁放射線に寄与する部分子的寄与は存在するが、全信号を支配するほどではないため、QGP相は弱くしかプローブされていない。
• . 今後の加速器実験（RHIC、LHC）では、統計的精度の向上および直接的光子の干渉計測の向上により、QGPの特徴が著しく明確化されると期待される。