[論文レビュー] Susceptibilities of Conserved Charges within a Modified Nambu-Jona-Lasinio Model

Wenkai Fan, X. Luo+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2016

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、零バリオン化学ポテンシャルにおける格子QCDの結果をよりよく再現するため、温度および凝集体に依存する結合を有する修正された三フレーバーNambu-Jona-Lasinio (NJL) モデルを導入する。このモデルを用いて、QCD相図全域におけるバリオン数、電荷、奇素数の感受率を計算したところ、冷却線に沿ってバリオン数フラクチュエーションが非単調なエネルギー依存性を示すことが判明した—これはSTAR実験のデータと一致しており、観測されたニュートロン数フラクチュエーションの背後には臨界点物理学が関与している可能性を示唆している。

ABSTRACT

We evaluate the $2$nd to $4$th order baryon, charge and strangeness susceptibilities near a chiral critical point using the Nambu--Jona--Lasinio model under different temperature and baryon chemical potential. Baryon number susceptibilities are found to be of the greatest magnitude, offering the strongest signal. Whereas the strangeness susceptibilities have the smallest divergence dominating area, owing to the large strange quark mass. We also make an attempt to compare our results with experiment data. The trend at high collision energy are found to be consistent between theory and experiment. The model calculation predicts more complex behavior at low collision energies, near the postulated critical end point.

研究の動機と目的

• 有限温度および零バリオン化学ポテンシャルにおけるチャーミカル凝集体の格子QCD結果を正確に再現できる修正NJLモデルの構築。
• 有限温度および有限バリオン化学ポテンシャルにおける保存量（バリオン数、電荷、奇素数）の感受率をQCD相図全域で計算すること。
• 重イオン衝突実験データから抽出された化学的凍結線に沿う感受率のエネルギー依存性を調査すること。
• 奇妙クォーク化学ポテンシャルがフラクチュエーションパターンに与える影響を評価すること。
• モデル予測を実験データと比較し、特にSTAR実験が観測した非単調なnet-protonフラクチュエーションの挙動を検証すること。

提案手法

• オペレータ積展開（OPE）技術にインspiredされた、クォーク凝集体に依存する四点相互作用を導入することで、元のNJLラグランジアンを修正する。
• クォーク伝播関数を凝集体からのフィードバックを自己無撞着に組み込むことで更新し、μB=0および有限Tにおける格子QCDデータとの一致を向上させる。
• 感受率は熱力学的ポテンシャルの微分により計算する：χB(2) = ∂²Ω/∂μB²、χB(4) = ∂⁴Ω/∂μB⁴、および電荷および奇素数に関する類似式。
• 重イオン衝突で観測された化学的凍結条件を再現するパラメトリックフィットを用いて、実験データから凍結線を再構成する。
• カーツィスティス（κσ²）のエネルギー依存性は、比 m₂(B) = T²χB(4)/χB(2) から導出され、実験測定値と比較される。
• 奇妙クォーク化学ポテンシャルμsをμu,dに対して変化させることでその役割を検証し、結果に及ぼす影響は最小限であることが示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フィードバックに依存する結合を有する修正NJLモデルは、有限温度および零バリオン化学ポテンシャルにおけるチャーミカル凝集体の格子QCD結果を再現できるか？
• RQ2 有限TおよびμBにおけるバリオン数、電荷、奇素数の感受率は、QCD相図全域でどのように変化するか？
• RQ3 NJLモデルにおけるバリオン数フラクチュエーションのエネルギー依存性は、冷却線に沿って非単調な傾向を示すか？これはSTAR実験のnet-protonデータと類似しているか？
• RQ4 奇妙クォーク化学ポテンシャルは、保存量のフラクチュエーションパターンにどのような影響を及ぼすか？
• RQ5 モデル予測は、零化学ポテンシャルにおけるハドロン共鳴子ガス（HRG）モデルおよび実験データとどのように一致するか？

主な発見

• 修正されたNJLモデルは、有限温度および零バリオン化学ポテンシャルにおける格子QCDのチャーミカル凝集体の結果を成功裏に再現し、有限μBへの外挿に有効であることが検証された。
• バリオン数感受率が絶対値で最大であり、奇妙クォーク質量の大きさに起因して奇素数感受率の発散が最小であることが判明した。
• NJLモデルにおけるカーツィスティスのエネルギー依存性 m₂(B) は、冷却線に沿って非単調な傾向を示し、STARのnet-protonフラクチュエーションで観測された非単調な挙動と定性的に一致した。
• 奇妙クォーク化学ポテンシャルは感受率にほとんど影響を及ぼさず、その大きな質量および低濃度に起因する。
• 低温および零化学ポテンシャルにおけるモデルの予測では m₂(B) → 1/9 となるが、HRGモデルの m₂(B) → 0 およびPNJLモデルの m₂(B) → 1 とは異なり、NJLフレームワークにおける非閉じ込め動力学の特徴を示している。
• 低エネルギー領域におけるNJLモデルと実験との m₂(B) の乖離は、数GeV未満の衝突エネルギーで m₁(B) および m₂(B) を測定することで、モデルの妥当性を検証し、クォーク閉じ込め効果を調べる可能性を示唆している。