[論文レビュー] Percolation of Color Sources and the determination of the Equation of State of the Quark-Gluon Plasma (QGP) produced in central Au-Au collisions at \sqrt S_{NN}= 200 GeV

R. P. Scharenberg, B. K. Srivastava+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2010

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、√sNN = 200 GeVにおける中央部Au-Au衝突におけるグルーオン-クォークプラズマ（QGP）の状態方程式（EOS）を決定するため、カラーストリングパーコレーションモデル（CSPM）を提案する。パーコレーション閾値ξc = 1.2を臨界温度Tc = 167.7 ± 2.6 MeVに対応させることで、音速Cs²(ξ)の解析的表現が導出され、相転移領域において格子QCDの結果と優れた一致を示し、QGPの熱的および流体力学的挙動が確認される。

ABSTRACT

The Color String Percolation Model (CSPM) is used to determine the equation of state (EOS) of the QGP produced in central Au-Au collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 A GeV using STAR data at RHIC. When the initial density of interacting colored strings exceeds the 2D percolation threshold a cluster is formed, which defines the onset of color deconfinement. These interactions also produce fluctuations in the string tension which transforms the Schwinger particle (gluon) production mechanism into a maximum entropy thermal distribution. The single string tension is determined by identifying the known value of the universal hadron limiting temperature $T_{c}$ = 167.7 $\pm$ 2.6 MeV with the CSPM percolation temperature at the critical threshold $ξ_{c}$ =1.2. At mid-rapidity the initial Bjorken energy density and the initial temperature determine the number of degrees of freedom consistent with the formation of a $\sim$ 2+1 flavor QGP. An analytic expression for the equation of state, the sound velocity $C_{s}^{2}(ξ)$ is obtained in CSPM. The CSPM $C_{s}^{2}(ξ)$ and the bulk thermodynamic values $\varepsilon /T^{4}$ and $s /T^{3}$ are in excellent agreement in the phase transition region with recent lattice QCD simulations (LQCD) by the HotQCD Collaboration.

研究の動機と目的

• 中央部Au-Au衝突における√sNN = 200 GeVで生成されるグルーオン-クォークプラズマ（QGP）の状態方程式（EOS）を決定すること。
• 2次元パーコレーション閾値ξc = 1.2を介して、色のストリングのパーコレーションと色の脱コンフィネーションの開始との間の関係を確立すること。
• CSPMフレームワーク内で音速度Cs²(ξ)の解析的表現を導出し、格子QCDシミュレーションと比較すること。
• CSPMをSTAR実験データ（多重度、横運動量、長距離の前後方向相関）と照合して妥当性を検証すること。
• 多様な高エネルギー衝突で観測される普遍的なハドロン限界温度Tcが、ストリング像における臨界定常パーコレーション閾値に起因するものであることを説明すること。

提案手法

• カラーストリングパーコレーションモデル（CSPM）を用いて、Au-Au衝突の初期状態を重なり合う色を持つストリングの密集ネットワークとしてモデル化する。
• 次元なしのパーコレーション密度パラメータξ = NS₁/SNをストリングの重なり度を特徴付けるために用い、ξc = 1.2が脱コンフィネーションの臨界閾値を示す。
• 色の抑制因子F(ξ) = √[(1−e⁻ξ)/ξ] は、非相互作用限界からのハドロン多重度を低下させ、ξと観測可能な粒子生成率を結びつける。
• 初期エネルギー密度εiは、ξとの間にεi = 0.788ξ GeV/fm³の関係を持つことが、ξ = 2.88におけるSTARデータから導出された。
• 温度T(ξ)は、臨界定常パーコレーション温度Tc = 167.7 ± 2.6 MeVをξc = 1.2に一致させることで決定され、熱力学的スケーリングが可能になる。
• 音速Cs²(ξ)は、解析的にCs² = (1 + Cs²)(−0.25)[(ξe⁻ξ)/(1−e⁻ξ) − 1]（ξ ≥ ξc）として導出され、QGPのEOSが得られる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギー衝突における色を持つストリングのパーコレーションは、どのように脱コンフィネーションの開始とQGPの形成を引き起こすのか？
• RQ2 CSPMフレームワークにおいて、普遍的なハドロン限界温度Tc = 167.7 ± 2.6 MeVをパーコレーション臨界定数ξc = 1.2と同一視できるか？
• RQ3 CSPMは、2+1フレーバーQCDにおけるエネルギー密度、エントロピー密度、音速といった熱力学的観測量を、格子QCDシミュレーションの結果と再現できるか？
• RQ4 特にT ≥ TcにおけるCSPMにおける状態方程式（EOS）、特に音速Cs²(ξ)の関数的形は何か？
• RQ5 CSPMは、√sNN = 200 GeVにおける中央部Au-Au衝突の多重度、横運動量、および長距離の前後方向相関に関する実験データと整合性を示すか？

主な発見

• CSPMから導出された音速Cs²(ξ)は、物理的 strange および軽いクォーク質量を持つ2+1フレーバーQCDの格子QCD結果と、特にT/Tc ≈ 1の遷移領域で優れた一致を示す。
• T/Tc = 1で、CSPMはCs² = 0.14を算出し、共振子質量カットM ≤ 2.5 GeVの物理的ハドロンガス値と一致する。
• 初期エネルギー密度εiは、ξに比例してεi = 0.788ξ GeV/fm³とスケーリングすることが判明し、ξ = 2.88はSTARデータから抽出された。
• ξ = 2.88における初期温度Tiは、37.5 ± 3.6の自由度に対応し、2+1フレーバーQGPと整合的である。
• CSPMのエントロピー密度s/T³は、相転移領域（T/Tc ≤ 1.5）において格子QCD計算と一致し、モデルの熱力学的一致性が検証される。
• このモデルは、ストリング密度がパーコレーション閾値を超えると、重イオン衝突に限らず、高多重度のソフトハドロン衝突においてもQGP形成が普遍的に行われる可能性を示唆している。