[論文レビュー] Glauber model for heavy ion collisions from low energies to high energies

P. Shukla|ArXiv.org|Dec 13, 2001

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、ほぼクーロン障壁から高エネルギーにわたり、重イオン衝突におけるグローバー模型の包括的導出と応用を提示する。核-核相互作用は、インパクトパラメータ空間におけるヌクレオン-ヌクレオン散乱振幅を用い、エイコナール近似と光学的極限を用いて非弾性断面積を計算する。主な結果として、Pb+Pb衝突における核吸収によるJ/ψ生成の抑制と経路長依存性が示される。

ABSTRACT

The Glauber model is extensively applied to heavy ion collision for describing a number of interaction processes over a wide range of energies from near the Coulomb barrier to higher energies. The model gives the nucleus-nucleus interaction in terms of interaction between the constituent nucleons with a given density distribution. The model is a semiclassical model picturing the nuclear collision in the impact parameter representation where the nuclei move along the collision direction in a straight path. In these lectures we derive this model and discuss its applications in variety of problems in nuclear and high energy physics.

研究の動機と目的

• グローバー模型を用いて、広いエネルギー範囲にわたる核-核衝突を統一的理論枠組みで提示すること。
• 半古典的近似と部分波解析を用いて、インパクトパラメータ表現による反応断面積を導出すること。
• ヌクレオン-ヌクレオン相互作用と密度分布を用いて、非弾性核断面積をモデル化すること。
• 核物質内での吸収を考慮して、重イオン衝突におけるJ/ψ抑制を予測すること。
• モンテカルロイベントジェネレータが核の幾何構造と衝突ダイナミクスをどの程度正確にモデル化しているかを評価すること。

提案手法

• 部分波解析を用いて全反応断面積を導出し、角運動量とインパクトパラメータの関係 $ l + 1/2 = kb $ を関係づける。
• 断面積をインパクトパラメータ表現に変換：$ \sigma_R = 2\pi \int b\,db\,(1 - |S(b)|^2) $。
• エイコナール近似と光学的極限を用いて、核-核相互作用をヌクレオン-ヌクレオン衝突の重ね合わせとしてモデル化：$ |S(b)|^2 \simeq \exp(-T(b)\sigma_{NN}AB) $。
• 核密度分布とヌクレオン-ヌクレオン断面積を用いて、透過係数 $ T(b) $ を定義する。
• モデルを用いてJ/ψ生成断面積を計算し、経路長 $ L $ を用いた $ \exp(-L\sigma_{\text{abs}}\rho_0) $ による吸収を考慮する。
• NA38、NA50、NA51の実験データと比較し、特に経路長関数としてのJ/ψ抑制を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グローバー模型は、インパクトパラメータ形式を用いて、低エネルギーから高エネルギーにわたる核-核非弾性断面積をどのように記述するか？
• RQ2 エイコナール位相シフトと光学的極限は、複数のヌクレオン-ヌクレオン衝突を近似するために果たす役割は何か？
• RQ3 核吸収は重イオン衝突におけるJ/ψ生成にどのように影響し、平均経路長に依存するか？
• RQ4 モンテカルロイベントジェネレータは、相対論的重イオン衝突における核の幾何構造と衝突ダイナミクスをどの程度正確にモデル化できるか？
• RQ5 核の幾何構造モデルのずれが、粒子再散乱およびQGP形成に関する実験データの解釈に与える影響はどの程度か？

主な発見

• 全非弾性断面積は $ \sigma_{in}^{AB} = 2\pi \int b\,db\,(1 - (1 - T(b)\sigma_{NN})^{AB}) $ で与えられ、$ T(b) $ は核密度分布から導出される。
• 光学的極限において、散乱行列は $ |S(b)|^2 = \exp(-T(b)\sigma_{NN}AB) $ となり、エイコナール位相とヌクレオン-ヌクレオン断面積が結びつく。
• A+B衝突におけるJ/ψ生成断面積は $ \sigma_{j/\psi}^{AB} = AB\sigma_{j/\psi}^{NN}\exp(-L\sigma_{\text{abs}}\rho_0) $ に比例し、$ \sigma_{\text{abs}} = 6.2 $ mb および $ \rho_0 = 0.14 $ fm⁻³ である。
• 平均経路長 $ L = \frac{3}{4}\left(\frac{A-1}{A}R_A + \frac{B-1}{B}R_B\right) $、$ R_A = r_0 A^{1/3} $ が、抑制の強さを決定する。
• このモデルは、NA50のPb+Pbデータにおける経路長依存性の観測されたJ/ψ抑制をうまく再現し、吸収メカニズムの妥当性を裏付けた。
• 核の幾何構造モデルに5–10%のずれがあると、粒子再散乱およびQGP形成に関する結論に顕著な影響が生じるため、モデル間での幾何構造処理の一貫性が極めて重要である。