[論文レビュー] Entropic destruction of a rotating heavy quarkonium

Zi-qiang Zhang, Chong Ma+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2016

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、AdS/CFT双対性を用いて、$χ=4$ SYM理論および閉じたYang-Mills理論における回転する重いクォーカーモニウムの解体を駆動するエントロピック力について検討する。角速度を増加させるとエントロピック力が減少することが判明し、静的な場合と比較して回転するクォーカーモニウムがより容易に解体されることを示唆する。これは、RHICにおけるLHCに比べて強いcharmonium抑制が観測されるという実験的パズルの可能性のある説明を提供する。

ABSTRACT

Using the AdS/CFT duality, we study the destruction of a rotating heavy quarkonium due to the entropice force in $\mathcal{N}=4$ SYM theory and a confining YM theory. It is shown that in both theories increasing the angular velocity leads to decreasing the entropic force. This result implies that the rotating quarkonium dissociates harder than the static case.

研究の動機と目的

• 強い結合ゲージ理論における回転する重いクォーカーモニウムの角速度がエントロピック力に与える影響を調査すること。
• 標準的なDebyeスクリーニングの予想とは逆に、RHIC（低エネルギー密度）でLHC（高エネルギー密度）よりも強いcharmium抑制が観測されるという実験的パズルを解明すること。
• 従来の静的クォーカーモニウムにおけるエントロピック力のホログラフィック研究を、AdS/CFT双対性を用いて回転系に拡張すること。
• $χ=4$ SYM理論と閉じたYM理論の両方を用いて、異なる理論において角速度効果の頑健性を検証すること。
• 高エネルギー核衝突におけるクォーカーモニウムの強化された解体を説明する新たなメカニズムとして、角速度に依存するエントロピック力の提供。

提案手法

• 漸近的にAdSな時空における古典的重力に、強く結合した$χ=4$ SYM理論および閉じたYM理論をAdS/CFT双対性を用いて写像する。
• D-braneに終端する基本的ストリングのNambu-Goto作用を用いて、$Q\bar{Q}$ポテンシャルをモデル化し、エントロピック力を計算する。
• ストリングの世界面に非自明な$\phi(\tau)$依存性を導入し、$\phi^\prime$を角速度として定義する。
• Nambu-Gotoラグランジアンからハミルトニアン密度を導出し、$r = r_c$における境界条件（$\dot{r} = 0$）を用いて、$r(\sigma)$の微分方程式を解く。
• 導出した$\dot{r}(r)$の積分によりクォーク間距離$L$を計算し、オフシェル・作用から自由エネルギーおよびエントロピーを評価する。
• 数値的に、$L$および$\phi^\prime$の関数としてエントロピック力$F = T \partial S / \partial L$を評価し、角速度依存性を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $\mathcal{N}=4$ SYM理論における回転する重いクォーカーモニウムの角速度は、エントロピック力にどのように影響するか？
• RQ2 閉じたYang-Mills理論においても、$\mathcal{N}=4$ SYMの場合と同様に、角速度の増加に伴いエントロピック力が減少するか？
• RQ3 角速度に依存するエントロピック力は、RHICにおけるLHCに比べて強いcharmium抑制を説明できるか？
• RQ4 温度および事象地平線半径は、クォーカーモニウム解体における角速度効果にどのように寄与するか？
• RQ5 両理論における$LT$および$\phi^\prime$に応じた$Q\bar{Q}$系のエントロピーはどのように変化するか？

主な発見

• 両理論（$\mathcal{N}=4$ SYMおよび閉じたYM理論）において、角速度$\phi^\prime$を増加させると、エントロピック力$F = T \partial S / \partial L$が減少し、クォーカーモニウムの解体がより進行しやすくなる。
• 両理論における$S^{(1)}/\sqrt{\lambda}$対$LT$のプロットは、同様の定性的な挙動を示し、$\phi^\prime$が大きいほど勾配が急になることから、より強いエントロピック効果が生じていることが示唆される。
• $L > c/T$ではエントロピック力が$F^{(2)} = 2T_F \int_{r_h}^{\infty} dr$、$L < c/T$では$F^{(1)} = 2T_F \int_{r_h}^{\infty} dr \sqrt{\frac{a(r)b(r)}{a(r)-a(r_c)}}$となる。$\phi^\prime$が0から0.2に増加するにつれ、$c$は0.252から0.270に増加する。
• 数値結果から、固定された$L$において、$\phi^\prime$が大きいほどエントロピック力が小さくなることが示され、回転するクォーカーモニウムが静的な場合よりも容易に解体されることを示唆する。
• この結果は、LHCにおける高いエネルギー密度が、クォーカーモニウムの回転を強化し、エントロピック力の低下を引き起こし、結果として解体が促進されることを支持しており、RHIC/LHCにおける抑制パズルを解消する。
• 解析から、角速度が増加するにつれて系の有効温度が低下することが示唆され、重力効果の低減および$r_h$の低下と整合的であり、さらなる解体促進を支持する。