[論文レビュー] Extracting shear viscosity of the Quark Gluon Plasma in the presence of bulk viscosity

Jacquelyn Noronha-Hostler|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 26被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、イベントごとの粘性流体力学を用いて、クォークグルーオンプラズマのせん断粘性率対エントロピー密度比（η/s）を抽出する際の、せん断粘性率と体積粘性率の相乗的影響を調査する。v-USPhydroコードを用い、NeXus初期条件を適用することで、体積粘性率がη/s抽出に顕著に影響することを示している。体積粘性率がζ/s ≈ 0.35でピークに達する際、η/sは0.1から0.24に増加する。これは、冷却過程における非平衡補正が、凍結分布関数に与える影響が極めて重要であることを示している。

ABSTRACT

One of the most remarkable features of the Quark Gluon Plasma is its nearly perfect fluidity behavior indicated by the small shear viscosity to entropy density ratio obtained from fitting relativistic viscous hydrodynamics flow harmonics to experimental data. In recent years, bulk viscosity has also been considered in the context of event-by-event relativistic hydrodynamics and it has been found to have a non-trivial interplay with shear viscosity. In this paper some of the issues are discussed that require further work when extracting the shear viscosity to entropy density ratio in the presence of a non-zero bulk viscosity.

研究の動機と目的

• クォークグルーオンプラズマの相対論的流体力学的シミュレーションにおいて、体積粘性率がせん断粘性率対エントロピー比（η/s）の抽出に与える影響を調査すること。
• 体積粘性率（ζ/s）の異なるパラメータ化と非平衡補正（δf_bulk）が、流れの調和成分および横運動量⟨pT⟩に与える影響を評価すること。
• 非平衡分布関数を組み合わせた場合に、⟨pT⟩が異なるζ/sモデルを区別する感度の高い観測量として機能するかどうかを特定すること。
• イベントごとの流体力学的シミュレーション下で、現在の理論的ζ/s(T)モデルが実験データと整合するかを評価すること。

提案手法

• 2+1次元フレームワーク内で、スムージング粒子流体力学（SPH）を用いたv-USPhydroコードを用いて、イベントごとの粘性流体力学を実施。
• 重イオン衝突における初期状態のフラクチュエーションを再現するため、部分子ベースのグリボフ＝レッジモデルに基づくNeXus初期条件を採用。
• 2種類の異なるζ/s(T)パラメータ化を用いる：ハドロンガス相におけるハゲルドン状態に基づくもの（ζ/s¹）と、非共形的ホログラフィーから導かれるもの（ζ/s²）。
• 凍結分布関数には、局所的平衡（f₀）と非平衡補正（δf_shearおよびδf_bulk）を含め、δf_bulkは[29]から導出。
• シミュレーションでは、陽性電荷を有する粒子の流れの調和成分および⟨pT⟩を計算し、体積粘性率および非平衡効果の有無を比較。
• ζ/sとδf_bulkが⟨pT⟩および有効なη/s値に与える影響を、⟨pT⟩のパcent変化と有効η/s値の比較によって定量化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 体積粘性率を含めることで、クォークグルーオンプラズマの流体力学的シミュレーションにおけるせん断粘性率対エントロピー比（η/s）の抽出値にどのような影響が生じるか？
• RQ2 平衡分布関数のみを用いる場合と比較して、非平衡補正（δf_bulk）が最終状態粒子の横運動量⟨pT⟩に与える影響はどの程度か？
• RQ3 ⟨pT⟩が、異なる理論的体積粘性率モデル（ζ/s(T)）を区別する感度の高い観測量として機能できるか？
• RQ4 ハゲルドン状態に基づくモデルと非共形的ホログラフィーに基づくモデルといった、ζ/s(T)の異なるパラメータ化が、実験データへの流体力学的フィットの整合性にどのように影響するか？
• RQ5 初期状態（NeXus対IP-Glasma）が、⟨pT⟩における体積粘性率効果への感受性をどのように調整するか？

主な発見

• ζ/s¹パラメータ化を用いた場合、体積粘性率を含めると、η/sはζ/s = 0のときの0.1から、ζ/s ≈ 0.35でピークに達する際の0.24に増加する。
• ζ/s²パラメータ化では、ピークが小さいため、η/sの増加は0.145までにとどまり、せん断粘性率抽出への影響はより小さいことが示された。
• 局所的平衡分布関数f₀のみを用いる場合、体積粘性率は⟨pT⟩をζ/sモデルに応じて2%〜3.6%低下させるが、非平衡補正δf_bulkを含めるとその効果が顕著に強化される。
• δf_bulk補正を含むと、⟨pT⟩の低下はζ/s¹では-12%、ζ/s²では-1.5%にまで拡大し、δf_bulkが⟨pT⟩に与える影響が支配的であることが明らかになった。
• ζ/s¹の場合の大きな⟨pT⟩抑制は、主にδf_bulk補正に起因しており、非平衡効果が正確なモデル化に不可欠であることが示された。
• 本研究は、輸送係数の信頼できる抽出にはδf_bulkの正確な記述が不可欠であると結論づける。非平衡効果が実験データの解釈を著しく変える可能性があるためである。