[論文レビュー] Jet quenching in strongly coupled plasma

Paul M. Chesler, Krishna Rajagopal|DSpace@MIT (Massachusetts Institute of Technology)|Feb 27, 2014

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 22

ひとこと要約

この論文は、ホログラフィック双対性を用いて、強い結合N=4超対称ヤン・ミルズプラズマにおけるジェットクエンチングを調査し、大幅なエネルギー損失の後でさえも、わずかに開口角が大きくなる以外は、真空中のジェットに類似した特徴を示すジェットが生成されることを示している。研究では、$ L^2 / \sqrt{x_{\rm stop}^2 - L^2} $ に比例する幾何的エネルギー損失率を導出し、最終状態がエネルギーが減少したがわずかに角分布が変更された真空中のジェットに類似していることを示している。

ABSTRACT

We present calculations in which an energetic light quark shoots through a finite slab of strongly coupled ${\cal N}=4$ supersymmetric Yang-Mills (SYM) plasma, with thickness $L$, focussing on what comes out on the other side. We find that even when the "jets" that emerge from the plasma have lost a substantial fraction of their energy they look in almost all respects like "jets" in vacuum with the same reduced energy. The one possible exception is that the opening angle of the "jet" is larger after passage through the slab of plasma than before. Along the way, we obtain a fully geometric characterization of energy loss in the strongly coupled plasma and show that $dE_{ m out}/dL \propto L^2/\sqrt{x^2_{ m stop}-L^2}$, where $E_{ m out}$ is the energy of the "jet" that emerges from the slab of plasma and $x_{ m stop}$ is the (previously known) stopping distance for the light quark in an infinite volume of plasma.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突におけるクエンチドジェットが顕著なエネルギー損失にもかかわらず、なぜ真空中のジェットに似ているのかを理解すること。
• AdS/CFT対応を用いて、強い結合プラズマの有限なスラブを通過するジェットの伝播をモデル化すること。
• 幾何的および重力的双対物を用いて、エネルギー損失とジェット構造の変化を特徴付けること。
• プラズマを通過した後の最終ジェット状態が、真空中の特徴を保持しているかどうかを特定すること。

提案手法

• N=4 SYMプラズマと漸近的にAdS5時空における弦の力学の間のホログラフィック双対性を用いる。
• ジェットを $ x_0 < 0 $ で生成された質量のないクォークのペアとしてモデル化し、そのうちの1つが厚さ $ L $ の有限なプラズマスラブを通過するようにする。
• ストリングのワールドシート作用法則を用いてストレインテンソルを計算し、そのバックレアクションをボリューム幾何に与える影響を求める。
• 線形化されたアインシュタイン方程式を用いて、ストリングの重力的バックレアクションから境界でのストレインテンソル $ \langle T^{\mu\nu} \rangle $ を計算する。
• 境界でのストレインテンソル成分から、放射されるパワーの角分布 $ dP_{\rm out}/d\Omega $ を導出する。
• ストリングの軌道を光線の束に写像し、ストリングのワールドシートに沿って統合することで、全エネルギーと角分布を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い結合プラズマの有限なスラブを通過した後、ジェットの構造はどのように変化するか？
• RQ2 最終的なジェットは、同じくエネルギーが減少した真空中のジェットとどの程度類似しているか？
• RQ3 強い結合プラズマ領域におけるエネルギー損失の幾何的特徴は何か？
• RQ4 エネルギー損失がプラズマ中で生じるに従い、ジェットの開口角はどのように変化するか？
• RQ5 エネルギー損失率がプラズマの厚さおよび停止距離に依存する関数的依存関係は何か？

主な発見

• 質量のないクォークがプラズマスラブを通過する際のエネルギー損失率は、$ dE_{\rm out}/dL \propto L^2 / \sqrt{x_{\rm stop}^2 - L^2} $ で与えられ、ここで $ x_{\rm stop} $ は無限大のプラズマにおける停止距離である。
• 顕著なエネルギー損失の後でも、わずかに開口角が広がる以外は、エネルギーが減少した真空中のジェットとほとんど同一に見える。
• 放射されるパワーの角分布は線形化された重力的バックレアクションを経由して導出され、$ dP_{\rm out}/d\Omega $ はストリングの光線の束に沿った積分として計算される。
• 境界でのストレインテンソル $ \langle T^{\mu\nu} \rangle $ は、AdS/CFT辞書を用いてストリングのストレインテンソルから計算され、ジェットの最終状態の完全な幾何的特徴付けが可能になる。
• ジェットの最終状態が、各々が相対論的ビーム効果に従って角パワー分布に寄与する光粒子の重ね合わせに等価であることが示された。
• 解析により、ジェットの最終的外観が同じエネルギーの真空中のジェットと一致することが確認され、強い結合プラズマにおけるジェットクエンチングがジェット様構造を保存することを支持する定性的な観察が裏付けられた。