[論文レビュー] Evidence for the Onset of Deconfinement from Longitudinal Momentum Distributions? Observation of the Softest Point of the Equation of State

Marcus Bleicher|ArXiv.org|Sep 27, 2005

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 12被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、2Aから200A GeVの中心的Pb+PbおよびAu+Au衝突における縦方向のπ粒子の速さ分布を分析するために、ランダウの流体力学的モデルが用いられている。速さ分布の幅から音速を抽出することで、30A GeVのビームエネルギーに局所的最小値が見つかり、これは状態方程式における最も柔らかい点を示しており、このエネルギーで脱コンfinementの始まりと混合ハドロン・パートオン相が発生している強力な証拠である。これは、相転移の予測と整合的である。

ABSTRACT

We analyze longitudinal pion spectra from E_lab= 2AGeV to \sqrt s_NN=200GeV within Landau's hydrodynamical model. From the measured data on the widths of the pion rapidity spectra, we extract the sound velocity c_s in the early stage of the reactions. It is found that the sound velocity has a local minimum (indicating a softest point in the equation of state, EoS) at E_beam=30AGeV. This softening of the EoS is compatible with the assumption of the formation of a mixed phase at the onset of deconfinement.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突における縦方向運動量分布が、脱コンフィnementの始まりの兆候を示すかどうかを調査すること。
• 200A GeVのビームエネルギー近くで、混合相の特徴である「最も柔らかい点」を示す状態方程式（EoS）が観測されるかどうかを特定すること。
• ランダウの流体力学的モデルが広いエネルギー範囲で速さスペクトルを記述するのに有効であるかどうかを検証すること。
• 音速の励起関数に観察された構造が、混合ハドロン・パートオン相の形成を支持するかどうかを調査すること。

提案手法

• 中心的Pb+PbおよびAu+Au衝突における負電荷を帯びたπ粒子の速さ分布を、全エネルギー範囲（2Aから200A GeV）で単一のガウス関数でフィッティングし、幅σyを抽出する。
• ランダウの流体力学的モデルを適用し、式(2)を用いてσyと音速cs²の関係を設定する。この関係は√sNNとcs²に依存する。
• 式(2)の逆数を解き、式(3)を用いて測定されたσy値から、ビームエネルギーに応じたcs²を抽出する。
• 得られたcs²の励起関数が定数値からどれほど逸脱しているかを分析し、特に状態方程式における最も柔らかい点を示す最小値の有無を探索する。
• 定数cs² = 1/3を仮定したモデル予測と実験データを系統的に比較し、逸脱を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 π粒子の速さ幅のエネルギー依存性に、相転移を示す構造が現れるか？
• RQ2 速さスペクトルから抽出された音速が、状態方程式における最も柔らかい点を明らかにできるか？
• RQ3 30A GeVで観測された音速の最小値は、脱コンフィnementの始まりと混合相の形成と整合的か？
• RQ4 データは、低エネルギーのSPS領域でパートオン自由度が顕在化する仮説を支持するか？

主な発見

• 2Aから200A GeVの全エネルギー範囲で、中心的Pb+PbおよびAu+Au衝突における負電荷π粒子の速さスペクトルは、単一のガウス関数で良好に記述できる。
• 速さ分布の幅（σy）は、音速が一定（cs² = 1/3）であるランダウモデルから系統的に逸脱しており、特に低エネルギーのAGSおよびRHIC領域で顕著である。
• 抽出された音速（cs²）は、30A GeVのビームエネルギーで顕著な最小値を示しており、これは状態方程式における最も柔らかい点を示している。
• この最も柔らかい点は、混合ハドロン・パートオン相の兆候と解釈され、このエネルギーで脱コンフィnementの始まりが支持される。
• 状態方程式の軟化は、理論的予測と整合的であり、K⁺/π⁺比の増大や横方向運動量スペクトルの段階的構造といった他の異常な現象とも一致する。