[論文レビュー] Evolution of Hot, Dissipative Quark Matter in Relativistic Nuclear Collisions

Azwinndini Muronga, Dirk H. Rischke|ArXiv.org|Jul 30, 2004

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 4被引用数 22

ひとこと要約

本稿では、重イオン衝突におけるクォーカン・グルーオンプラズマ（QGP）の因果的で三次元の相対論的流体力学的モデルを、イスラエル＝シュタウラー形式における剪断粘性係数を用いて非理想流体力学を模擬することで開発した。粘性効果により縦方向圧力が低下し、横方向流れが増大し、理想流体力学と比較して$R_{\text{out}}/R_{\text{side}}$のHBT半径比が減少することが分かった。これは、因果的でないエッカート＝ランダウ理論に対する因果的代替手法を提供する。

ABSTRACT

Non-ideal fluid dynamics with cylindrical symmetry in transverse direction and longitudinal scaling flow is employed to simulate the space-time evolution of the quark-gluon plasma produced in heavy-ion collisions at RHIC energies. The dynamical expansion is studied as a function of initial energy density and initial time. A causal theory of dissipative fluid dynamics is used instead of the standard theories which are acausal. We compute the parton momentum spectra and HBT radii from two-particle correlation functions. We find that, in non-ideal fluid dynamics, the reduction of the longitudinal pressure due to viscous effects leads to an increase of transverse flow and a decrease of the ratio $R_{out}/R_{side}$ as compared to the ideal fluid approximation.

研究の動機と目的

• 相対論的核衝突における高温で散乱するクォーク物質の時空的進化を、因果的流体力学的手法を用いてモデル化すること。
• 標準的な非因果的流体力学（エッカート、ランダウ）の限界を克服するため、因果的イスラエル＝シュタウラー形式を採用すること。
• 2次粒子相関からの部分粒子運動量スペクトルおよびHBT半径といった観測可能な量を計算すること。
• 剪断粘性が現実的な3次元幾何構造とビョルケンスケーリングを用いた集団的流れおよび相関関数に与える影響を調査すること。
• 現実的な3次元膨張幾何構造における非理想QGPの2次因果的相対論的流体力学方程式の最初の解を提供すること。

提案手法

• 2次の散乱項を含む拡張された非平衡熱力学に基づくイスラエル＝シュタウラー形式に従う因果的非理想流体力学を用いる。
• 横方向平面に円対称性を持ち、縦方向にビョルケンスケーリングを適用する3次元流体動力学的モデルを実装する。
• エネルギー運動量保存則および剪断応力とエントロピー流束の輸送方程式を含む、完全な2次相対論的流体方程式を解く。
• 初期エネルギー密度分布と初期時刻を設定し、QGPの初期段階の進化を模擬する。
• 散乱補正を分布関数に組み込んだ修正された相関関数を用いて、部分粒子スペクトルおよびHBT半径を計算する。
• 最終状態の観測量を抽出するために、凍結処理を適用するが、ハドロン化効果は無視する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 粘性効果は相対論的クォーカン・グルーオンプラズマにおける集団的流れおよび運動量スペクトルにどのように影響するか？
• RQ2 因果的散乱流体力学はHBT半径$R_{\text{side}}$、$R_{\text{out}}$、$R_{\text{long}}$にどのような影響を与えるか？
• RQ3 理想流体力学と比較して、粘性補正が$R_{\text{out}}/R_{\text{side}}$比に与える影響は何か？
• RQ4 因果的流体力学モデルは、現実的な3次元幾何構造におけるQGPの初期段階の進化を正確に記述できるか？
• RQ5 剪断粘性が横方向流れの増強および縦方向圧力の低下に与える定量的効果は何か？

主な発見

• 粘性効果により縦方向圧力が低下し、系全体の横方向流れが増大する。
• 非理想流体力学においては、理想流体近似と比較して$R_{\text{out}}/R_{\text{side}}$比が低下する。
• 剪断粘性により、拡大する径方向流れに起因し、横方向運動量スペクトルが増大する。
• 因果的イスラエル＝シュタウラー形式は、非因果的信号伝播および不安定な平衡状態を回避するのに成功した。
• 本モデルは、現実的な3次元幾何構造における相対論的重イオン衝突の非理想QGPの2次因果的流体力学方程式の最初の解を提供する。
• Bessel関数および輸送係数を含む修正された積分を用いて、相関関数に対する散乱補正を明示的に計算した。