[論文レビュー] Partonic mean-field effects on matter and antimatter elliptic flows

Taesoo Song, Salvatore Plumari+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2012

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、√sNN = 7.7 GeV の Au+Au 衝突で形成されるバリオン密度が高めのクォーク物質において、クォークおよび反クォークの楕円流れ（v₂）に及ぼす一部粒子的平均場効果（特にスカラーおよびベクトル相互作用）を調査する。Nambu-Jona-Lasinio (NJL) モデルに基づく輸送アプローチを用いて、クォークを反発し反クォークを吸引するベクトル平均場が、クォークと反クォークの v₂ の顕著な分裂を引き起こし、陽子の v₂ を増幅させ、反陽子の v₂ を抑制することを示している。この効果はベクトル結合定数に線形的に増加する。これらの予測は、STAR コラボレーションが得た p–p̄ および Λ–Λ̄ の差異と定性的に整合しており、有限のバリオン密度における QGP の状態方程式を解明するための重要なプローブとして、一部粒子的ベクトル相互作用が有効である可能性を示唆している。

ABSTRACT

Using a partonic transport model based on the Nambu-Jona-Lasinio model, we study the effect of scalar and vector mean fields on the elliptic flows of quarks and antiquarks in relativistic heavy ion collisions in Au+Au collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=7.7~$GeV and impact parameter $b=8~{ m fm}$ that leads to the production of a baryon-rich matter. Although the scalar mean field, which is attractive for both quarks and antiquarks, reduces both their elliptic flows, the vector mean field, which is repulsive for quarks and attractive for antiquarks, leads to a splitting of their elliptic flows, and this effect increases with the strength of the vector coupling in the baryon-rich quark matter. Converting quarks and antiquarks at hadronization to hadrons via the quark coalescence model, we further study the dependence of the transverse momentum integrated relative elliptic flow differences between protons and antiprotons, lambda and anti-lambdas, and positively and negatively charged kaons on the strength of the quark vector coupling. These results are then compared with the experimental data measured by the STAR Collaboration in the Beam Energy Scan program at the Relativistic Heavy Ion Collider.

研究の動機と目的

• 相対論的重イオン衝突におけるクォークおよび反クォークの楕円流れ（v₂）に及ぼす一部粒子的物質におけるスカラーおよびベクトル平均場の影響を調査すること。
• 特にベクトル相互作用が、バリオン密度の高いクォーク-グルーオンプラズマにおける粒子と反粒子の v₂ の分裂にどのように寄与するかを特定すること。
• RHIC のビームエネルギースキャン計画における STAR コラボレーションの実験データとモデル予測を比較すること。
• 有限のバリオン化学ポテンシャルにおける QGP の状態方程式を解明するため、粒子と反粒子の楕円流れの差異が、一部粒子的ベクトル相互作用のプローブとして有効であるかを評価すること。

提案手法

• √sNN = 7.7 GeV および b = 8 fm の Au+Au 衝突におけるクォークおよび反クォークのダイナミクスをシミュレートするために、Nambu-Jona-Lasinio (NJL) モデルに基づく一部粒子的輸送モデルを用いる。
• モデルは、クォークおよび反クォークの両方に対して引力的であるスカラー平均場と、クォークに対して斥力的で反クォークに対して引力的であるベクトル平均場を、クォーク物質内の有効相互作用として組み込む。
• ベクトル平均場の時間的および空間的成分を別々に取り扱い、それぞれが v₂ 分離に与える寄与を明確にする。
• ハドロン化時にクォークの凝集を適用し、一部粒子の自由度をハドロン（陽子、反陽子、ラムダ、反ラムダ、カイオン）に変換することで、測定済みのハドロン v₂ と比較可能にする。
• 粒子と反粒子間の相対的統合 v₂ 差を計算し、さまざまなベクトル結合定数における STAR 実験データと比較する。
• 化学反応およびハドロン的平均場効果を除外することで、初期の一部粒子的ダイナミクスに特化し、一部粒子的ベクトル相互作用の役割を明確に分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バリオン密度が高いクォーク物質におけるスカラーおよびベクトル平均場が、√sNN = 7.7 GeV の Au+Au 衝突におけるクォークおよび反クォークの楕円流れ（v₂）にどのように影響を与えるか？
• RQ2 クォークを反発し反クォークを吸引するベクトル平均場が、クォークと反クォークの v₂ の分裂にどの程度寄与するか？
• RQ3 陽子と反陽子の相対的 v₂ 差が、STAR コラボレーションのビームエネルギースキャンからの実験データと定量的に一致するか？
• RQ4 ベクトル結合定数の強さが、陽子と反陽子の相対的 v₂ 差、およびラムダと反ラムダの相対的 v₂ 差にどのように影響を与えるか？
• RQ5 なぜモデルは測定済みの K⁺ と K⁻ の v₂ 差を再現できないのか？この不一致を解消するためにはどのような追加効果（例：化学反応、ハドロン的平均場）が必要となるか？

主な発見

• スカラー平均場はクォークおよび反クォークの両方に対して引力的であるため、両者の楕円流れを同等に減少させ、NJL モデルフレームワークにおける従来の知見と整合する。
• ベクトル平均場はクォークに対して斥力的で反クォークに対して引力的であるため、クォークと反クォークの v₂ に顕著な分裂を引き起こす。クォークの v₂ は増加し、反クォークの v₂ は減少する。時間成分のベクトル場が v₂ 分離に主たる寄与を示す。
• 陽子と反陽子の相対的統合 v₂ 差は、ベクトル結合定数の増加に伴いほぼ線形に増加し、最大で高い結合定数値において約 15% に達する。
• 同様に、Λ と Λ̄ の相対的 v₂ 差もベクトル結合定数の増加に伴い増加し、ハイパーヨンの流れが一部粒子的ベクトル相互作用に強く敏感であることを示している。
• 一方、K⁺ と K⁻ の相対的 v₂ 差はベクトル結合定数の増加に伴い減少する。これは、奇妙クォークと軽いクォークに同様のベクトルポテンシャルが作用するため、空間的偏心度の差が相殺され、効果が抑制されるためである。
• モデルは、エネルギー低下に伴い p–p̄ v₂ 差が増加する傾向を定性的に再現するが、K⁺–K⁻ v₂ 差の大きさを再現できない。このため、化学反応やハドロン的平均場などの追加効果を組み込む必要があると示唆される。