[論文レビュー] Leading-Order Gluon-Pair Production from a Space-Time Dependent Chromofield

Dennis D. Dietrich, Gouranga C. Nayak+1 more|ArXiv.org|Sep 15, 2000

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、QCDにおける背景場手法を用いて、時空に依存する色場からグルーオン対生成の主要項を1+1次元で導出する。グルーオン生成の主な寄与は、場強度がQCDスケールに低下する以前に発生しており、これはRHICおよびLHCにおける高エネルギー重イオン衝突における初期段階のクォーク-グルーオンプラズマ形成を摂動的アプローチでモデル化することを正当化する。

ABSTRACT

We describe gluon-pair production from a space-time dependent chromofield via vacuum polarization within the framework of the background field method of QCD. The processes we consider are first order in the action. We derive the corresponding source terms for gluon pair production for situations that can be described by a 1+1 dimensional approach. Especially, we observe that within the range of applicability of our approach the principal contribution to gluon production is included. Gluon production from a space-time dependent chromofield will play an important role in the production and evolution of the quark-gluon plasma in ultra relativistic heavy-ion collisions at RHIC and LHC.

研究の動機と目的

• 超相対論的重イオン衝突の非平衡状態における時空に依存する色場からのグルーオン対生成をモデル化すること。
• 定常色場に限定されていた先行研究を拡張し、時間的および長軸方向の空間的依存性を組み込むこと。
• クォーク-グルーオンプラズマ形成段階における非アーベル輸送方程式に適用可能なグルーオン生成の源項を導出すること。
• 摂動的QCDが重イオン衝突における初期段階の粒子生成を記述する上で有効である範囲を評価すること。
• グルーオン対生成の全確率をシュヴィンガーのフェルミオン対生成結果と比較し、RHIC/LHCの物性的解釈への関連性を評価すること。

提案手法

• QCDにおける背景場手法を用いて、グルーオン対生成の一次摂動的有効作用を計算する。
• 時間 $ t $ と長軸座標 $ z $ に依存する色場から、1+1次元で有効なグルーオン生成の源項を導出する。
• 非アーベルゲージ場にシュヴィンガー機構を適用し、随伴表現による色構造を考慮する。
• 任意の時空に依存する色場からの実グルーオン対生成の全確率を評価し、シュヴィンガーのフェルミオン結果に類似させる。
• 粒子密度の時間発展を計算するために、特定の時間的・空間的局在化した場のプロファイル $ A^{a au}(x) = A^{a3}_{in} e^{-t/t_0} \theta(t+z)\theta(t-z)\theta(t) $ を考案する。
• 生成率を時間積分して蓄積された粒子密度 $ w $ を計算し、主な寄与がどの時点で発生するかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1+1次元における時間 $ t $ および座標 $ z $ に依存する色場からのグルーオン対生成の源項は何か？
• RQ2 場強度が $ gA \sim \Lambda_{QCD} $ に達するまでの非摂動的効果の発生と比較して、粒子生成の時間的発展はいかなる特徴を示すか？
• RQ3 グルーオン生成の主な寄与は、色場の進化の初期段階における摂動的領域に集中しているか？
• RQ4 グルーオン対生成の全確率は、フェルミオン対生成のシュヴィンガー結果と比べてどのように異なるか？
• RQ5 導出された源項は、RHICおよびLHCにおけるQGP形成をモデル化する非アーベル輸送方程式に信頼性を持って用いることができるか？

主な発見

• グルーオン対生成の主な寄与は、場強度が $ \Lambda_{QCD}/g $ に低下する時刻 $ t_{\text{end}} $ よりもはるかに前に行われており、摂動的アプローチの妥当性が裏付けられる。
• パラメータ $ t_0 = 0.5\,\text{fm}, g=1.5, A_{\text{in}}=1.5\,\text{GeV}, \Lambda_{\text{QCD}}=150\,\text{MeV} $ を採用した場合、$ t_{\text{end}} \approx 1.3\,\text{fm} $ であるが、主な生成は時間スケール $ t_0 $、すなわち $ \sim 0.5\,\text{fm} $ のスケールで発生する。
• 時刻 $ t_{\text{end}} $ および $ z=0 $ における蓄積粒子密度 $ w $ は、$ w = \frac{1}{16\pi t_0} \left[ 11(g^2 A_{\text{in}}^2 - \Lambda_{\text{QCD}}^2) + 36 t_0^2 (g^4 A_{\text{in}}^4 - \Lambda_{\text{QCD}}^4) \right] $ として与えられ、中心領域に鋭いピークを示す。
• ピーク生成時の系のスケールが小さいため、粒子密度は中心領域に鋭く集中している。
• ピーク生成の時間スケールは $ \sim t_0 $ であり、これは $ t_{\text{end}} $ よりも約 $ \ln(gA_{\text{in}}/\Lambda_{\text{QCD}}) \approx 2.7 $ 倍小さい。これは、非摂動的効果が支配的になる前に大部分の生成が完了していることを確認する。
• 導出された源項は、RHICおよびLHCにおけるQGP形成および均衡化を研究する非アーベル相対論的輸送方程式への組み込みに適している。