[論文レビュー] Multiparticle production at RHIC and LHC: a classical point of view

A. Krasnitz, Raju Venugopalan|ArXiv.org|Feb 9, 2001

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、RHICおよびLHCにおける重イオン衝突における多粒子生成を、McLerran–Venugopalan有効場理論を用いて高密度パートン密度グルーオン場をモデル化することで、古典的ヤン・ミルズアプローチで提示する。結果として、遅い時刻におけるグルーオン多重度およびエネルギー密度は、有効温度 ~1.28Λₛ および質量 ~0.092Λₛ のボーズ・アインシュタイン型分布に従い、中心的Au-Au衝突においてRHICでは初期グルーオン多重度が約950、LHCでは約4300となることが示された。

ABSTRACT

We report results of our ongoing nonperturbative numerical study of a classical effective theory describing low-x partons in the central region of a heavy-ion collision. In particular, we give estimates of the initial transverse energies and multiplicities for a wide range of collision regimes, including those at RHIC and at LHC.

研究の動機と目的

• 古典的有効場理論アプローチを用いて、高エネルギー重イオン衝突における多粒子生成をモデル化すること。
• RHICおよびLHCにおける中心的迅速度領域における初期横運動エネルギーおよび粒子多重度を推定すること。
• 標準的摂動的QCDを超えた高密度パートオン密度グルーオン場の非摂動的挙動を調査すること。
• 純粋に古典的ヤン・ミルズ枠組みにおいて、熱的特徴の出現を探索すること。
• 流体力学的または運動論的進化モデルへの応用を目的とした、初期状態における粒子生成の定量的推定を提供すること。

提案手法

• ローレンツ収縮した核内の低xパートオンを、静的でガウス分布色電荷源として記述するMcLerranとVenugopalanの古典的有効場理論（MV）を用いる。
• KMW形式から導かれるランダムでブースト不変な初期条件に基づいて、古典的ヤン・ミルズ方程式を解く。
• SU(2)ゲージ群における格子上での非摂動的数値シミュレーションを実施し、エネルギーおよび粒子数分布を計算する。
• 粒子数の定義を2通り用いる：1つはクーロンゲージによる場の分解、もう1つはポテンシャル形式における緩和ダイナミクス。
• すべての物理的量を次元なしパラメータ ΛₛL で記述し、Λₛ は構造関数から、L は核サイズから推定する。
• 得られたグルーオン運動量分布をボーズ・アインシュタイン形式にフィットさせ、有効温度および質量パラメータを抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中心的重イオン衝突におけるRHICおよびLHCにおける初期エネルギーおよび多重度分布は何か？
• RQ2 古典的ヤン・ミルズ理論は、高密度QCDにおける熱的平衡に類似した特徴を再現できるか？
• RQ3 低横運動量領域において、グルーオン運動量分布は摂動論的予測からどの程度逸脱するか？
• RQ4 古典的場配置は、有効質量および温度を伴うボーズ・アインシュタイン分布でどの程度正確に記述できるか？
• RQ5 結果は次元なしパラメータ ΛₛL にどのように依存するか？また、物理的SU(3)ゲージ群および実際の衝突幾何にどのように外挿できるか？

主な発見

• 中心領域における初期エネルギー密度は、遅い固有時間において定数に近づき、f_E(ΛₛL) ≈ 0.257（ΛₛL ≈ 297、LHC領域）となる。
• グルーオン運動量分布は k⊥ ~ Λₛ で軟化し、逆温度 β ≈ 1.28Λₛ および有効質量 m ≈ 0.092Λₛ のボーズ・アインシュタイン分布にうまくフィットする。
• 全グルーオン多重度（単位迅速度あたり）は、SU(2)シミュレーションとSU(3)への外挿を用いて、RHIC（ΛₛL ≈ 120）で約950、LHC（ΛₛL ≈ 240）で約4300と推定される。
• 粒子数の計算に用いられた2つの独立した手法（クーロンゲージおよび緩和ダイナミクス）は一貫した結果をもたらし、わずかな差異はゲージの歪みに起因する可能性がある。
• 関数 f_N(ΛₛL) は ΛₛL に従ってゆっくりと増加するため、多重度は初期場強度スケールに弱い依存性を示す。
• 純粋に古典的理論においてボーズ・アインシュタイン型の形が出現することは予期せず、これは古典的場のダイナミクスとQCDにおける熱化の間の可能性のある関連性を示唆している。