[論文レビュー] New exact solutions of hydrodynamics for rehadronizing fireballs with lattice QCD equation of state

T. Csörgő, Gábor Kasza|arXiv (Cornell University)|Oct 7, 2016

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、格子QCD状態方程式を用いた相対論的流体力学における再ハドロン化火炎球のための2つの新しい正確な解析的解を提示する。化学的凍結出が2次的爆発を引き起こし、拡張を加速させることを示し、1粒子スペクトルおよび相関関数における傾きパラメータおよびHBT半径の現実的な線形質量スケーリングをもたらす。

ABSTRACT

We describe fireballs that rehadronize from a perfectly fluid quark matter to a chemically frozen, multi-component hadron gas. In the hydrodynamics of these fireballs, we utilize the lattice QCD equation of state, however, we also apply non-relativistic kinematics for simplicity and clarity. Two new classes of exact, analytic solutions of fireball hydrodynamics are presented: the first class describes triaxially expanding, non-rotating ellipsoidal fireballs, while the second class of exact solutions corresponds to spheroidally symmetric, rotating fireballs. In both classes of solutions, we find evidence for a secondary explosion, that happens just after hadrochemical freeze-out. A realistic, linear mass scaling of the slope parameters of the single particle spectra of various hadronic species is obtained analytically, as well as an also realistic, linear mass scaling of the inverse of the squared HBT radius parameters of the Bose-Einstein correlation functions.

研究の動機と目的

• 再ハドロン化を経るクォーク物質から多成分ハドロンガスへの拡張火炎球の正確な解析的解の開発。
• 現実的な温度および音速の時間的変化を再現するため、格子QCD状態方程式を流体力学モデルに統合すること。
• ハドロン化学的凍結出の動的効果、特に2次的爆発の出現に及ぼす影響を調査すること。
• 重イオン衝突における観測された1粒子スペクトル傾きパラメータおよびHBT半径の線形質量スケーリングを解析的に再現すること。
• 非一様な初期温度分布を伴う正確なパラメトリック解に適した格子QCD状態方程式のパラメータ化を確立すること。

提案手法

• 非相対論的流体力学と格子QCDに基づく状態方程式を用いて、三軸的に拡張する非回転楕円体火炎球の正確な解を導出する。
• 回転する球対称火炎球の正確な解を構築し、運動方程式のパラメトリック表現を用いて解析的扱いやすさを維持する。
• ε/p = κ(T) として格子QCD状態方程式を適用し、運動的凍結出で κ(T_f) = 3/2 となるように κ(T) をパラメータ化する。
• 再ハドロン化と化学的凍結出を、状態方程式における不連続遷移としてモデル化し、凍結出以降の力学的方程式を修正する。
• パラメトリック解を用いて、相転移を経る空間スケール（X, Y, Z, R）および径方向流れの進化を追跡する。
• 線形質量依存性の傾きパラメータおよびHBT半径の解析的導出によりモデルを検証し、実験的傾向と一致させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 化学的凍結出は、再ハドロン化火炎球の流体力学的拡張ダイナミクスにどのように影響するか？
• RQ2 格子QCD状態方程式を用いて、三軸的および回転する回転楕円体火炎球の正確な解析的解を構築可能か？
• RQ3 重イオン衝突における1粒子スペクトル傾きパラメータの観測された線形質量スケーリングの起源は何か？
• RQ4 格子QCDから導かれる音速の時間的変化は、化学的凍結出における2次的爆発の発生にどのように影響するか？
• RQ5 非一様な初期温度分布を伴う正確な解析的解が得られるように、格子QCD状態方程式をどのようにパラメータ化できるか？

主な発見

• 化学的凍結出直後に2次的爆発が発生し、拡張ダイナミクスを遅くするのではなく加速させる。
• 化学的凍結出が引き起こす不等式（式(13)）により、格子QCD状態方程式の「最も柔らかい点」で拡張ダイナミクスが「最も硬い」状態になる。
• 1粒子スペクトル傾きパラメータの線形質量スケーリング T_i = T_f + m_i ⟨u_t⟩² が解析的に再現される。
• HBT半径パラメータの逆数の二乗に対しても、実験データと整合的な線形質量スケーリングが観察される。
• κ(T_f) = 3/2 として格子QCD状態方程式をパラメータ化した場合、T_f ≤ 100 MeV において統計的に妥当なフィットが得られ、信頼水準は26%以上である。
• すべてのハドロン種に対して一貫した空間スケール（X, Y, Z, R）が維持されるため、非平衡的脱結合を伴わない一貫した拡張が示唆される。