[論文レビュー] The Asymptotically Free Quark Gluon Plasma

Adrian Dumitru, Miklós Gyulassy|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2000

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、クォーカー・グルーオンプラズマを漸近的自由性を有するものとしてモデル化することで、高エネルギー核子衝突における熱化の挙動を調査している。漸近的自由性のため、熱化時間はエネルギーに伴い増加する。また、再加熱温度はQCDスケール Λ_QCD 付近で飽和し、衝突エネルギーにかかわらず到達可能な温度に普遍的な上限が存在することを示唆している。最大温度は、重い原子核の衝突においてRHICからLHCのエネルギー範囲で達成される。

ABSTRACT

We calculate the reheating temperature in the central region of very high energy hadronic collisions assuming saturation of the number of secondary partons. From the condition that (approximate) kinetic equilibrium establishes when the rescattering rate equals the Bjorken/Hubble expansion rate we find that the thermalization time increases with energy because of asymptotic freedom. Furthermore, the reheating temperature does not increase far beyond the QCD scale Lambda_QCD, no matter how high the collision energy. That could mean that hadronic collisions at any energy can only reach temperatures up to a few times Lambda_QCD, not more. For collisions of very heavy nuclei, the maximum reachable temperature occurs in the energy range of BNL-RHIC to CERN-LHC.

研究の動機と目的

• 部分子の飽和を仮定したもとで、高エネルギー核子衝突における熱化ダイナミクスを特定すること。
• 漸近的自由性が熱化時間および再加熱温度に与える影響を調査すること。
• このような衝突で到達可能な温度に上限が存在するかどうかを確立すること。
• 重イオン衝突において最大温度が達成されるエネルギー領域を特定すること。

提案手法

• 衝突領域における初期の粒子密度を推定するため、二次的パートン生成を飽和状態としてモデル化する。
• 運動的平衡が確立される条件として、散乱率がBjorken/Hubbleの膨張レートと等しくなることを利用する。
• QCDの漸近的自由性を用いて、熱化時間のエネルギー依存性を導出する。
• 漸近的自由性による結合定数のエネルギーギャップを組み込み、衝突エネルギーの関数としての再加熱温度を計算する。
• BNL-RHICからCERN-LHCまでのエネルギー範囲にわたる、非常に重い核の中心衝突における温度の時間発展を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 漸近的自由性は、高エネルギー核子衝突における熱化時間にどのように影響を与えるか？
• RQ2 このような衝突で到達可能な最大再加熱温度は何か？また、衝突エネルギーに依存するか？
• RQ3 重イオン衝突においてクォーカー・グルーオンプラズマが最高温度に達するのはどのエネルギー領域か？
• RQ4 温度が有限値で飽和するか？もしもそうであるならば、それはQCDスケール Λ_QCD に関連しているか？

主な発見

• QCDにおける漸近的自由性の効果により、熱化時間は衝突エネルギーに伴い増加する。
• 再加熱温度は、衝突エネルギーにかかわらず、数倍のQCDスケール Λ_QCD を超えない。
• 重イオン衝突における最大温度は、BNL-RHICおよびCERN-LHCで利用可能なエネルギー範囲で達成される。
• 熱化はパートンの散乱と膨張レートの間の競合によって制限され、漸近的自由性が高エネルギー域で熱化を抑制する。
• 系は Λ_QCD 付近で温度の上限に達し、これはハドロン衝突における到達可能な温度に根本的な上限が存在することを示唆している。