[論文レビュー] QCD Matter: A Search for a Mixed Quark-Hadron Phase

A. Sissakian, A. S. Sorin+1 more|ArXiv.org|Aug 11, 2006

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、JINRのNuclotronで重イオン衝突における混合クォーク・ハドロン相の探索を提案し、10 A GeVまでのAuおよびUビームを用いて、エネルギー、中心性、およびアイソスピン不均衡をスキャンすることを目的としている。Nuclotronのアップグレードされた能力を活用することで、臨界点付近の相図の特徴を調査し、理論的モデリングにより、混合相領域における電荷の分離（charge distillation）のような観測可能なシグナチャーが予測されている。

ABSTRACT

Physics aspects of a JINR project to reach the planned 5A GeV energy for the Au and U beams and to increase the bombarding energy up to 10A GeV are discussed. The project aims to search for a possible formation of a strongly interacting mixed quark-hadron phase. The relevant problems are exemplified. A need for scanning heavy-ion interactions in bombarding energy, collision centrality and isospin asymmetry is emphasized.

研究の動機と目的

• 中間エネルギーでの重イオン衝突によって生成される高密度・高温のQCD物質において、混合クォーク・ハドロン相の形成を調査すること。
• 温度-バリオン化学ポテンシャル平面における強い相互作用物質の相図を、特に臨界点付近で探求すること。
• アイソスピン不均衡を、混合相および相境界構造を調べるための新しい制御パラメータとしての影響を検討すること。
• 将来的なFAIRおよびSIS-100/300計画における高精度研究のパイロット実験を、Nuclotronで準備すること。
• 混合相における電荷の分離（charge distillation）のようなシグナチャーを検出するための理論的・実験的枠組みを提供すること。

提案手法

• 中央部のAu+Au衝突におけるT–ρBおよびT–μB平面での動的軌道をモデル化するため、相対論的3流体流体力学を用いる。
• 一次的相転移を含む・含まない2種類の状態方程式（EoS）を適用し、エネルギー密度およびバリオン密度の時間発展をシミュレートする。
• 純ハドロンEoSと混合相領域を組み込んだものとの比較を行い、2相バッグモデルを用いて相境界を推定する。
• 4 fm立方体領域における空間平均化とローレンツ収縮を組み合わせて、膨張する系をモデル化し、混合相領域を特定する。
• バリオン数、電荷、ストレンジネスの保存則を組み込んで、混合相における電荷の分離効果をモデル化する。
• 10 A GeVまでの入射エネルギー、衝突の中心性、アイソスピン不均衡をスキャンする実験的計画を提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中間エネルギー（≤10 A GeV）の重イオン衝突において、混合クォーク・ハドロン相は実験的に検出可能か？
• RQ2 アイソスピン不均衡は、QCD物質における混合相の形成および観測可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 混合相における電荷の分離のシグナチャーは何か？ そして、重イオン衝突で測定可能か？
• RQ4 特にu,dクォーク質量が大きい場合に、モデル仮定に依存する相境界の理論的予測はどのように変化するか？
• RQ5 Nuclotron施設は、将来的なFAIRおよびSIS-100/300計画のパイロット実験として、どの程度有効に機能できるか？

主な発見

• 5 A GeVでは、T–ρB平面における動的軌道が混合相領域に入り込むが、理論的不確実性が大きい。
• 一次的相転移を組み込むことで、系は混合相領域に移行し、この状態に有意な時間滞在が見込まれる。
• バリオン数、電荷、ストレンジネスの保存則のもとで、クォーク相とハドロン相における電荷分布の違いにより、電荷の分離効果が予測される。
• 理論的モデルでは、u,dクォーク質量が増加すると、相境界がμBの高い側にシフトすることが示唆されており、混合相の位置に影響を与える。
• Nuclotronの10 A GeVまでのアップグレードにより、エネルギー、中心性、アイソスピン不均衡のスキャンが可能となり、混合相を探索する独自の機会が得られる。
• ウランビームの使用により、アイソスピン不均衡のスキャンが強化され、重イオン衝突における方位効果の探査も可能になる。