[論文レビュー] Physics Prospects at FAIR

Marcus Bleicher, Marlene Nahrgang+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2011

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

ひとこと要約

本稿では、FAIRにおける重イオン衝突における二重レプトン生成およびキラル揺らぎを研究するため、ハイブリッド輸送・流体力学的モデルを提示している。QGPは中質量領域の二重レプトン放射に約50%寄与すると予測されており、非平衡揺らぎが一次遷移の主要な特徴であると特定している。CBMでは、加熱と冷却遅れが、検出可能な信号を強化する。

ABSTRACT

We review the physics potential at FAIR in the light of the existing data of the RHIC-BES program and the NA49/NA61 beam and system size scan. Special emphasize will be put on the potential of fluctuations, as well as dilepton observables.

研究の動機と目的

• FAIRにおける重イオン衝突における二重レプトン放射を、ハイブリッド輸送・流体力学的手法を用いてモデル化すること。
• 物質中におけるベクトルメソンの修正およびハドロン的・部分的源からの熱放射の役割を調査すること。
• 特に一次遷移の状況において、キラル相転移中に生じる非平衡揺らぎを探索すること。
• CBMにおける二重レプトンおよび揺らぎ観測量を通じて、QCD臨界点および一次相転移の検出可能性を評価すること。
• 理論的予測を、FAIRのCBM実験における将来の実験的測定と結びつけること。

提案手法

• 局所的均衡化を実現するため、UrQMD輸送ダイナミクスと(3+1)次元の理想流体力学的ステージを組み合わせたハイブリッドモデルを採用した。
• ベクトルメソン主従モデルを用いて二重レプトン生成率を計算し、物質中におけるρメソンのスペクトル関数および散乱効果を含めた。
• QGP相において、4π衰えおよびクォーク-反クォークの消失からの寄与を含めた。
• Lattice QCDと整合性を持つポリアイド・ループ拡張キラルSU(3)モデルに基づく状態方程式を用いた。
• 初期に高温の球形領域（半径 r = 3 fm）を想定し、シグマ場および温度の時間発展をシミュレートした。
• 熱的平衡からのシグマ場の揺らぎを追跡し、一次相転移における冷却遅れおよび加熱効果を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中質量領域（1 < M < 1.5 GeV）における二重レプトン放射へのQGPおよびハドロン的源の寄与割合はそれぞれどの程度か？
• RQ2 冷却遅れや加熱といった非平衡効果が、一次遷移におけるキラル揺らぎにどのように影響を与えるか？
• RQ3 QCD臨界点は、シグマ場の揺らぎを用いて一次相転移と区別可能か？
• RQ4 二重レプトンスペクトルは、FAIRにおける重イオン衝突で、クォーク-グルーオンプラズマが存在することをどの程度反映しているか？
• RQ5 相転移のダイナミクスは、シグマ場の時間発展およびその揺らぎにどのように影響を与えるか？

主な発見

• 中質量領域（1 < M < 1.5 GeV）において、158 A GeVのIn+In衝突において、QGPは全二重レプトン放射の約50%を占める。
• 4π衰えの寄与は、1.4 GeV以上のインヴァリアント質量領域でのみ、QGP放射と同等の大きさに達する。
• 中質量領域ではQGP寄与が支配的であるが、ρメソンピークは主に後段階のキャスケード放射に起因する。
• 一次相転移のシナリオでは、Tcを超えた後、冷却遅れが非平衡揺らぎを著しく増幅させる。
• t ≈ 7 fmから9 fmの間、加熱が発生し、系はTcを2度通過する。このため、シグマ場の緩和が遅れ、揺らぎが長期間にわたり持続する。
• 一方、臨界点シナリオでは加熱がなく、系のダイナミクスによるわずかな揺らぎの増加のみであり、Tcにおける増幅は観察されない。