[論文レビュー] Robustness and Consistency of Jet Quenching and Perfect Fluidity in semi Quark Gluon Monopole Plasmas (sQGMP) Produced at RHIC and LHC

Jiechen Xu, Jinfeng Liao+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、Tc ≈ 160 MeV の近傍におけるQCDの閉じ込め転移に起因する非摂動的効果を組み込んだ新しいジェットクエンチングモデル、CUJET3.0を提案する。これには、クォーク・グルーオン自由度の抑制と、半クォーク・グルーオン・モノポールプラズマ（sQGMP）における色磁気モノポールの出現が含まれる。本モデルは、Tc の近傍でジェットクエンチングパラメータ  ̂q(E,T)/T³ にピークを予測することで、長年のRAA対v2のパズルを解消し、(1–2)Tc の温度範囲でη/s ≈ 1/4πを介してジェットクエンチングと完全流体性の整合性を示している。

ABSTRACT

A new model of jet quenching in nuclear collisions, CUJET3.0, is constructed by generalizing the perturbative QCD based CUJET2.0 model to include two complementary non-perturbative features of the QCD confinement cross-over phase transition near $T_c\approx 160$ MeV: (1) the suppression of quark and gluon degrees of freedom and (2) the emergence of chromo-magnetic monopole degrees of freedom. Such a semi-Quark-Gluon-Monopole Plasma (sQGMP) microscopic scenario is tested by comparing predictions of the leading hadron nuclear modification factors, $R^h_{AA}(p_T>10{ m GeV/c},\sqrt{s})$, and their azimuthal elliptic asymmetry $v^h_2(p_T>10{ m GeV/c},\sqrt{s})$ with available data on $h=\pi,D,B$ jet fragments from nuclear collisions at RHIC($\sqrt{s}=0.2$ ATeV) and LHC($\sqrt{s}$=2.76 ATeV). The sQGMP model is shown to solve the long standing $R_{AA}$ vs $v_2$ puzzle by predicting a maximum of the jet quenching parameter field $\hat{q}(E,T)/T^3$ near $T_c$. The consistency of jet quenching with observed bulk perfect fluidity is demonstrated by extrapolating the sQGMP $\hat{q}$ down to thermal energy $E\sim 3 T$ scales and showing that the sQGMP shear viscosity to entropy density ratio $\eta/s \approx T^3/\hat{q}$ falls close to the unitarity bound, $1/4\pi$, in the range $(1-2)T_c$. Detailed comparisons of CUJET2.0 and CUJET3.0 reveal that the remarkably different $\hat{q}(T)$ could be consistent with the same $R_{AA}$ data and could only be distinguished by anisotropy observables. These findings demonstrate clearly the inadequacy of focusing on the jet path averaged quantity $ $ as the only relevant medium property to characterize jet quenching, and point to the crucial roles of other essential factors, such as the chromo electric and magnetic composites of the plasma, the screening masses and the running couplings at multiple scales that all strongly influence jet energy loss.

研究の動機と目的

• RHICおよびLHCのジェットクエンチングデータにおける核修正因子RAAと楕円流れv2の間の長年の不一致を解消すること。
• Tc ≈ 160 MeV の近傍におけるQCD閉じ込め転移の非摂動的特徴をジェットクエンチングモデルに組み込むこと。
• 半クォーク・グルーオン・モノポールプラズマ（sQGMP）状態における色磁気モノポールの出現が、ジェットクエンチングと観測されたバルク完全流体性を一致させることをテストすること。
• ジェットクエンチングとバルクの粘性が、同一の微視的プラズマモデルによって一貫して記述されることを示すこと。

提案手法

• Tc ≈ 160 MeV の近傍におけるQCD閉じ込め転移に起因する非摂動的効果を含めるために、摂動QCDに基づくCUJET2.0モデルを一般化すること。
• 2つの主要な特徴を導入する：クォークおよびグルーオン自由度の抑制、およびsQGMP状態における色磁気モノポール自由度の出現。
• これらの非摂動的効果をジェットクエンチングフレームワークに組み込み、sQGMPモデルを構築してジェットクエンチングパラメータ  ̂q(E,T) を計算すること。
• RHICおよびLHCエネルギーにおけるπ、D、Bメソンの主要ハドロンのRAAおよびv2の予測値を実験データと比較すること。
• sQGMPの  ̂q を低エネルギースケール（E ~ 3T）まで外挿し、せん断粘性率とエントロピー密度比 η/s ≈ T³/ ̂q を計算すること。
• アノムトロピー観測量（v2）を用いて、RAAのフィットが類似しているにもかかわらず、CUJET2.0とCUJET3.0を区別すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 半クォーク・グルーオン・モノポールプラズマ（sQGMP）に非摂動的色磁気モノポール自由度を組み込むことで、ジェットクエンチングにおけるRAA対v2のパズルを解消できるか？
• RQ2 sQGMPモデルにおいて、ジェットクエンチングパラメータ  ̂q(E,T)/T³ がQCD転移温度Tc ≈ 160 MeV の近傍でピークを示すか？
• RQ3 sQGMPモデルにおけるせん断粘性率とエントロピー密度比η/sは、(1–2)Tc の温度範囲でユニタリティ限界1/4πと整合的か？
• RQ4 同じRAAデータを、CUJET2.0とCUJET3.0が一貫して記述可能であり、その違いがアノムトロピー観測量によってのみ明らかになるか？
• RQ5 複数スケールにおけるクォーク・グルーオン複合粒子、スクリーニング質量、およびスケール依存結合定数が、経路平均の  ̂q を超えてジェットエネルギー損失に顕著な影響を与えるか？

主な発見

• sQGMPモデルは、QCD転移温度Tc ≈ 160 MeV の近傍でジェットクエンチングパラメータ  ̂q(E,T)/T³ に最大値を予測し、RAA対v2のパズルを解消する。
• sQGMPモデルは、ジェットクエンチングと完全流体性の整合性を達成しており、温度範囲(1–2)Tc でη/s ≈ T³/ ̂q がユニタリティ限界1/4πに近づく。
• RAAデータへのフィットが類似しているにもかかわらず、CUJET2.0とCUJET3.0は  ̂q(T) の挙動において顕著に異なる予測をし、v2などのアノムトロピー観測量によってのみ区別可能である。
• 本モデルは、経路平均の  ̂q にのみ注目することは、ジェットクエンチングを特徴付けるのに不十分であることを示しており、色磁気複合粒子、スクリーニング質量、複数スケールにおける結合定数の変化が重要な役割を果たす。
• クォーク・グルーオンの抑制と色磁気モノポールの出現といった非摂動的特徴の組み込みにより、ジェットクエンチングとバルク流体力学のより一貫性があり物理的に完全な記述が可能になる。
• sQGMPフレームワークは、RHICおよびLHCにおける重イオン衝突におけるジェットクエンチングと完全流体性を統一的な微視的説明で結びつける。