[論文レビュー] Strongly Interacting Matter Matter at Very High Energy Density: 3 Lectures in Zakopane

Larry McLerran|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2010

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、高エネルギー密度における強い相互作用する物質の理論的枠組みを提示し、高エネルギー核反応におけるクォーカン・グルーオンプラズマ（QGP）の前身としてのカラーレイガスコンデンエート（CGC）およびグラズマを導入する。さらに、高ボリオン密度・低温状態の別相としてクォークニクマターを提唱し、電荷密度波による手前のチラル対称性の破れと、μB ≈ 400 MeVおよびT ≈ 160 MeVにおけるQCD相図の三重点を特徴とする。この提言は、粒子生成比の実験的兆候によって裏付けられている。

ABSTRACT

These lectures concern the properties of strongly interacting matter at very high energy density. I begin with the Color Glass Condensate and the Glasma, matter that controls the earliest times in hadronic collisions. I then describe the Quark Gluon Plasma, matter produced from the thermalized remnants of the Glasma. Finally, I describe high density baryonic matter, in particular Quarkyonic matter. The discussion will be intuitive and based on simple structural aspects of QCD. There will be some discussion of experimental tests of these ideas.

研究の動機と目的

• 直感的なQCDに基づくモデルを用いて、高エネルギー密度における強い相互作用する物質の出現を記述すること。
• 高エネルギー核反応におけるカラーレイガスコンデンエートおよびグラズマからクォーカン・グルーオンプラズマへの遷移を説明すること。
• 高ボリオン密度・低温状態におけるクォークニクマターを、特異なチラル対称性の破れ機構を伴う別相として提唱すること。
• 理論的予測を実験的観測量、特に重イオン衝突における粒子生成比に結びつけること。
• ハドロン、クォークニクマター、および脱コンfinement状態が共存する三重点を有するQCD相図を提唱すること。

提案手法

• 高エネルギー核を、小さなxにおける高密度・コherentなグルーオン系として記述するカラーレイガスコンデンエート（CGC）形式を用いる。
• 核衝突後の初期時空を、強い古典的色電場および磁場からなるグラズマとしてモデル化する。
• 古典的ヤン・ミルズ理論を用いて、グラズマのQGPへの崩壊を記述する。
• クォークニクマターを、クォークがフェルミ海を形成し、メソンおよびグルーオンが閉じ込められた状態であり、チラル対称性が電荷密度波によって破れる相として導入する。
• μB–T平面におけるスケーマティックなQCD相図を構築し、ハドロン、クォークニクマター、および脱コンfinement状態が共存する三重点を特定する。
• 理論的予測の粒子生成比を、重イオン衝突からの実験データと比較し、モデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カラーレイガスコンデンエートはQCDの高エネルギー極限としてどのように出現し、グルーオンの飽和はどのような役割を果たすか？
• RQ2 グラズマの性質は何か？ そして、どのようにクォーカン・グルーオンプラズマへと進化するか？
• RQ3 高ボリオン密度・低温におけるクォークニクマターの構造的および熱力学的性質は何か？
• RQ4 μB–T平面のどの地点で、ハドロン、クォークニクマター、および脱コンfinement状態が共存する三重点が存在するか？
• RQ5 √sNN ≈ 9–10 GeVにおける重イオン衝突の実験的粒子生成比は、提案された三重点の証拠を示唆するか？

主な発見

• カラーレイガスコンデンエートは、エネルギーに比例して増大するQsatという運動量スケールでのグルーオンの飽和を伴い、高密度・コherentなグルーオン系として高エネルギー核の極限を記述する。
• 核衝突後にCGCはグラズマに進化する。これは、強い古典的色場からなる状態であり、QGPへの崩壊を経て熱平衡に達する。
• クォークニクマターは、クォークがフェルミ海を形成し弱い相互作用を示すが、メソンおよびグルーオンが閉じ込められた状態であり、チラルスパイラルによってチラル対称性が破れる別相として提唱される。
• 仮説的なQCD相図には、μB ≈ 400 MeVおよびT ≈ 160 MeVに三重点が存在し、ハドロン、クォークニクマター、および脱コンfinement状態が共存する。
• 予測された三重点は、実験的データが粒子生成比に異常を示すビームエネルギー範囲（9–10 GeV）と一致しており、モデルを支持する。
• 提案された三重点近傍では、バリオンに蓄えられたエネルギー密度がメソンに蓄えられたエネルギー密度と等しくなるため、系の熱力学的構造における臨界的転移を示唆する。