[論文レビュー] Isospin effects in intermediate energy heavy ion collisions

T. Gaitanos, M. Di Toro+3 more|ArXiv.org|Feb 12, 2004

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、相対論的平均場理論を用いて、中間エネルギーの重イオン衝突における対称性エネルギーの密度依存性を規定するイソベクトルスカラーδメソンの役割を調査する。δチャネルを含めることで、高密度領域における対称性エネルギーが著しく硬くなることが示され、これが核物質の高密度領域における性質を制約するための観測可能な効果（等スピンフロー、粒子比、ケイオン生成など）を引き起こす。

ABSTRACT

We investigate the density dependence of the symmetry energy in a relativistic description by decomposing the iso-vector mean field into contributions with different Lorentz properties. We find important effects of the iso-vector, scalar $δ$ channel on the density behavior of the symmetry energy. Finite nuclei studies show only moderate effects originating from the virtual $δ$ meson. In heavy ion collisions from Fermi to relativistic energies up to $1-2 AGeV$ one finds important contributions on the dynamics arising from the different treatment of the microscopic Lorentz structure of the symmetry energy. We discuss a variety of possible signals which could set constraints on the still unknown density dependence of the symmetry energy, when experimental data will be available. Examples of such observables are isospin collective flow, threshold production of pions and kaons, isospin equilibration and stopping in asymmetric systems like $Au+Au$, $Sn+Sn$ and $Ru(Zr)+Zr(Ru)$.

研究の動機と目的

• 相対論的平均場理論を用いて、非対称核物質における対称性エネルギーの高密度領域の挙動を理解すること。
• 特に、イソベクトル平均場のローレンツ構造（特にスカラーδメソンの導入）が状態方程式に与える影響を調査すること。
• 未知の対称性エネルギーの密度依存性を制約するための実験的に測定可能な観測量を同定すること。
• 0.4–1.528 AGeVの動的重イオン衝突において、δメソンを含むモデルと含まないモデルの予測を比較すること。
• 運動量依存する平均場や有効質量の分裂といった相対論的効果が、スピンに敏感な観測量に与える影響を評価すること。

提案手法

• バリオンおよびメソンのディラック方程式とクライン＝ゴルドン方程式を自己無撞撃的に解く相対論的平均場（RMF）ラグランジアンを用いる。
• イソベクトル平均場をベクトル（ρ）およびスカラー（δ）成分に分解し、それらの異なるローレンツ性質を分析する。
• 対称性エネルギー $ E_{\text{sym}} $ を式 $ E_{\text{sym}} = \frac{1}{6}\frac{k_F^2}{E_F} + \frac{1}{2}\left[f_\rho - f_\delta\left(\frac{m^*}{E_F}\right)^2\right]\rho $ で計算する。ここで $ f_i = (g_i/m_i)^2 $ である。
• 固定された飽和パラメータを用いて、RMFモデル（NLρ：ρのみ、NLρδ：ρおよびδ、NL3：δなし）の結果を比較する。
• 中心的 $ Ru(Zr)+Zr(Ru) $ 衝突の動的シミュレーションを 0.4 および 1.528 AGeV で実施し、スピンフロー、粒子比（例：$ R(t/^3He) $）、停止挙動を研究する。
• FOPI実験データの不均衡比と比較することで、δメソン寄与の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イソベクトルスカラーδメソンの導入が、相対論的平均場モデルにおける対称性エネルギーの密度依存性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 中間エネルギーの重イオン衝突における、どの動的観測量がイソベクトルポテンシャルのローレンツ構造に最も感受的か？
• RQ3 運動量依存するポテンシャルや有効質量の分裂といった相対論的効果が、スピンに敏感な観測量に与える影響はどの程度か？
• RQ4 不均衡比 $ R(t/^3He) $ は、対称性エネルギーの異なるパラメータ化を区別するための信頼できるプローブとして機能するか？
• RQ5 RMFモデルの予測は、対称性エネルギーについての微視的ディラック＝ブリュッキングホルト＝ハートリー＝フォック（DBHF）計算とどのように一致するか？

主な発見

• イソベクトルスカラーδメソンの導入により、飽和密度を超える領域における対称性エネルギーが著しく硬くなる。これは、対称性エネルギー式における $ -f_\delta (m^*/E_F)^2 $ 項の存在に起因する。
• 1.528 AGeV の $ Ru+Zr $ 衝突において、$ R(t/^3He) $ 比はδメソンの存在に強く依存しており、NLρδモデルはFOPIデータと整合するようにNLρよりも高い比を予測する。
• NLρδモデルでは、ターゲットラピディティにおける $ R(p) $ および $ R(n) $ はそれぞれ 0.91 および 1.077 である。これは、高密度領域における中性子の平均場がより反発的であることを示唆する。
• スピン集団フローおよび $ \pi^-/\pi^+ $ の横方向運動量比は、特に高いビームエネルギー領域で、イソベクトルポテンシャルのローレンツ構造に感受的である。
• ケイオン生成は、スピンに依存するポテンシャルに強く感受するため、高密度領域の対称性エネルギーを調べるうえで特に有望な観測量である。
• 相対論的フレームワークは自然に運動量依存する平均場および陽子と中性子の有効質量の分裂を生成するため、非相対論的モデルで必要な追加の便宜的項の導入が不要である。