[論文レビュー] On Finite Width of Quark Gluon Plasma Bags

K. A. Bugaev|ArXiv.org|Sep 5, 2008

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、クォーク- gluon プラズマ (QGP) バッグに媒体依存の幅を組み込むことで、QGP統計力学における概念的問題を解消する有限幅モデル (FWM) を提案する。高エネルギー衝突における重い QGP バッグの逐次崩壊をモデル化することで、バッグの寿命のエネルギー依存性を測定することにより、QCD相図における臨界点と三臨界点を区別できることを示している。

ABSTRACT

Within an exactly solvable model I discuss an influence of the medium dependent finite width of QGP bags on their equation of state. It is shown that inclusion of such a width allows one to naturally resolve two conceptual problems of the QGP statistical description. On the basis of the proposed simple kinetic model for a sequential decay of heavy QGP bags formed in high energy elementary particle collisions it is argued that by measuring the energy dependence of life time of these bags it is possible to distinguish the case of critical point existence from the case of tricritical point.

研究の動機と目的

• クォーク-グルーオンプラズマ (QGP) の統計的記述における概念的問題、特にバッグサイズと寿命に関連する問題を解消すること。
• QGPバッグの媒体依存の有限幅が状態方程式 (EoS) や熱力学的挙動に与える影響を調査すること。
• 基本粒子衝突によって生成される重い QGP バッグの逐次崩壊のための運動論的モデルを構築すること。
• QGPバッグの寿命のエネルギー依存性が、QCD相図における臨界点と三臨界点を区別できるかどうかを特定すること。

提案手法

• 体積、質量、表面のフラクチュエーションを組み込んだ、グランドカノニカル分配関数のラプラス変換から導かれる等圧分配関数を使用する。
• 質量-体積-表面スペクトル $ \rho(m,v,s) $ を含む一般化された分配関数 $ F(\lambda,T) $ を導入し、離散的なハドロン状態と重い共鳴状態の連続体を含める。
• ブレイト・ヴァイナー形式を避けるために、非ブレイト・ヴァイナー形式によるガウス幅 $ \Gamma(v) $ を持つハゲルドン様質量スペクトルを採用する。
• 表面張力は $ \sigma(T) \propto (T_c - T)^{2l+1} $、$ \kappa = 2/3 $ とすることで、温度依存の表面効果を反映させる。
• エネルギー保存則と崩壊ダイナミクスに基づき、最も重い QGP バッグの質量進化方程式を導出し、崩壊率は $ \Gamma_M \cdot \overline{\min(E_1,E_2)_M} $ に比例するように設定する。
• 状態密度とエネルギー保存則の畳み込みにより娘ハドロンのエネルギースペクトルを構築し、フィッシャー指数 $ \tau $ に依存する寿命の式を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QGPバッグに媒体依存の有限幅を組み込むことで、クォーク-グルーオンプラズマの統計的記述における不整合はどのように解消されるか？
• RQ2 高エネルギーの基本粒子衝突によって生成される重い QGP バッグの寿命のエネルギー依存性は何か？
• RQ3 測定された QGP バッグ寿命のエネルギー依存性は、QCD相図における臨界点と三臨界点を区別できるか？
• RQ4 フィッシャー指数 $ \tau $ は QGP バッグの崩壊ダイナミクスと寿命にどのように影響を与えるか？
• RQ5 表面張力のパラメータ化 $ \sigma(T) \propto (T_c - T)^{2l+1} $ は、QGP バッグの相構造を決定づける上で果たす役割は何か？

主な発見

• 有限幅モデルは、RHICエネルギーにおけるHBTパズルを、非ゼロの平均体積を持つ有限サイズのQGP小滴を導入することで自然に解消する。
• このモデルは、ハドロン相のエネルギー密度において観測可能な有限のQGPバッグが存在しないのは、それらの寿命が短いからであると説明できる。
• 質量 $ M_F $ のプロトファイアボールの寿命は $ t_{\tau \neq 3/2}(M_F) \propto \left[ M_F^{3/2 - \tau} \right]^{-1} $ で与えられ、$ \tau = 3/2 $ のとき対数的依存性を示す。
• $ \tau > 2 $ の場合、モデルは臨界点を予測するが、$ \frac{4}{3} < \tau \leq \frac{3}{2} $ の場合、三臨界点を予測する。これにより、寿命測定による区別が可能になる。
• 平均最小娘ハドロンエネルギーは $ \overline{\min(E_1,E_2)_M} \approx E_{\text{min}} \left( \frac{M}{E_{\text{min}}} \right)^{2 - \tau} \left[ \ln \left( \frac{M}{E_{\text{min}}} \right) \right]^{2\tau - 3} $ で与えられ、$ \tau \geq 1 $ の範囲で有効である。
• このモデルは、freeze-out効果が結果に数パーセント未満の影響を与えると予測しており、臨界点と三臨界点の寿命に基づく区別が頑健であることを支持する。