[論文レビュー] Equation of state of the hot dense matter in a multi-phase transport model

Bin Zhang, Lie-Wen Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2007

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 39被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、√sNN = 200 GeV の中心的 Au+Au 衝突における高温高密度物質の状態方程式 (EOS) と圧力異方性を、Multi-Phase Transport (AMPT) モデルを用いて調査する。EOS はハドロン化スキームと部分子断面積に強く依存しており、急速な膨張のため完全な熱平衡に達しないことが判明。圧力異方性は断面積の増加にもかかわらず、進化の全期間にわたり持続する。

ABSTRACT

Within the framework of a multi-phase transport model, we study the equation of state and pressure anisotropy of the hot dense matter produced in central relativistic heavy ion collisions. Both are found to depend on the hadronization scheme and scattering cross sections used in the model. Furthermore, only partial thermalization is achieved in the produced matter as a result of its fast expansion.

研究の動機と目的

• 相対論的重イオン衝突で生成される高温高密度物質の状態方程式 (EOS) を AMPT モデルを用いて調査すること。
• EOS と圧力異方性がハドロン化スキームおよび部分子散乱断面積にどのように依存するかを検討すること。
• 生成物質における熱平衡度の程度、特に急速な膨張ダイナミクスの文脈で評価すること。
• デフォルト AMPT モデルとストリング・メルティング変種の間で比較を行い、EOS の硬さと異方性の時間発展に注目すること。
• 部分子の非弾性過程およびプラズマ不安定性が圧力の等方性と完全な熱平衡に達するまでのプロセスに果たす役割を評価すること。

提案手法

• HIJING を初期条件に、Zhang の部分子カスケード (ZPC) を部分子進化に、ART をハドロン進化に用いる AMPT モデルを用いる。
• 位相空間にサンプリングされた粒子からの平均を用いてエネルギー運動量テンソルを計算する：$ T^{ ueta} = \frac{1}{V} \sum_i \frac{p_i^\nu p_i^\beta}{E_i} $。
• 実験フレームでエネルギー密度 $ \epsilon = T^{00} $、横方向圧力 $ P_T = \frac{1}{2}(T^{11} + T^{22}) $、縦方向圧力 $ P_L = T^{33} $ を抽出する。
• proper time および局所静止フレームへの変換を用いて補正を施した上で、圧力異方性を $ P_L/P_T $ で評価する：$ p_z' = \frac{t p_z - z E}{\tau} $。
• デフォルト AMPT およびストリング・メルティング AMPT の両方のバリアントでシミュレーションを実施し、部分子断面積を変化（例：6 mb、10 mb）させる。
• 時空ラピディティーバイナリーに分けた時間発展を分析し、実験フレームと共動フレーム（局所静止フレーム）の両方で EOS と異方性を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AMPT モデルにおける状態方程式は、ハドロン化スキームおよび部分子断面積にどのように依存するか？
• RQ2 中心的 Au+Au 衝突における高温高密度物質はどの程度熱平衡に達しているか。完全な熱平衡から逸脱する要因は何か？
• RQ3 圧力異方性 $ P_L/P_T $ は時間とともにどのように変化するか。フレームの選択（実験フレーム vs. 共動フレーム）がその評価に与える影響は何か？
• RQ4 部分子断面積を増加させても圧力異方性が 1 に達しないのはなぜか。等方化を制限する物理的メカニズムは何か？
• RQ5 部分子の非弾性過程およびプラズマ不安定性は、AMPT フレームワークにおける流体力学的挙動への到達にどのように寄与するか？

主な発見

• デフォルト AMPT モデルは、ハドロン化が早いことから、広いエネルギー密度範囲でストリング・メルティング変種よりも著しく軟らかい状態方程式を生成する。
• ストリング・メルティングモデルでは、部分子断面積を増加させることで状態方程式が硬くなるが、10 mb の断面積でも圧力異方性は顕著に残る。
• システムの進化全期間にわたり圧力異方性 $ P_L/P_T $ は 1 に達しないことから、急速な膨張のため部分的熱平衡にとどまっていることが示唆される。
• 異方性パラメータは最大で約 0.8 に飽和に達するが、これは大きな断面積でも完全な等方化が達成されないことを確認する。
• 実験フレームで圧力異方性を評価すると、時空ラピディティーバイナリー幅に強く依存するが、局所運動量を共動フレームで用いることでこの依存性は消失する。
• 6 mb と 10 mb の曲線が異方性発展において交差するのは、大きな断面積が横方向の膨張を遅らせ、異方性の上昇を遅らせるという相反する効果の結果である。