[論文レビュー] The effect of Lorentz-like force on collective flows of K$^{+}$ in Au+Au collisions at 1.5 GeV/nucleon}{The effect of Lorentz-like force on collective flows of $K^{+}$ in Au+Au collisions at 1.5 GeV/nucleon

Yushan Du, Yongjia Wang+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2018

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 56被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、1.5 GeV/核子におけるAu+Au衝突におけるK⁺集団的流れの記述を改善するために、UrQMD輸送モデルにローレンツ型の力成分を導入した。中性子-核子相互作用における速度に依存するベクトル（ローレンツ型）ポテンシャルを組み込むことで、スカラーのみのポテンシャルで予測されるあまりに負の方向的流れを顕著に軽減し、KaoS実験の方向的流れおよび楕円的流れの両方のデータを同時にかつ正確に再現可能となった。

ABSTRACT

Producing kaon mesons in heavy-ion collisions at beam energies below their threshold energy is an important way to investigate the properties of dense nuclear matter. In this study, based on the newly updated version of the ultrarelativistic quantum molecular dynamics model, we introduce the kaon-nucleon (KN) potential, including both the scalar and vector (also dubbed Lorentz-like) aspects. We revisit the influence of the KN potential on the collective flow of K$^{+}$ mesons produced in Au+Au collisions at $E_{lab}$ = 1.5 GeV/nucleon and find that the contribution of the newly included Lorentz-like force is very important, particulary for describing the directed flow of K$^{+}$. Finally, the corresponding KaoS data of both directed and elliptic flows can be simultaneously reproduced well.

研究の動機と目的

• ローレンツ型の力が中性子-核子（KN）ポテンシャルに与える影響がK⁺集団的流れに与える役割を調査すること。
• 輸送モデルにKNポテンシャルのスカラーおよびベクトル成分を併用することで、K⁺の方向的流れおよび楕円的流れの記述を改善すること。
• 特にスカラーポテンシャルのみを用いた場合に観測されるあまりに負の方向的流れという、モデル予測と実験データの乖離を是正すること。
• KaoS実験データにおけるK⁺流れを再現するにあたり、ベクトル（ローレンツ型）成分の重要性を検証すること。
• 密度の高い核物質における核状態方程式およびストレンジネス力学を一貫して探査可能なフレームワークを提供すること。

提案手法

• 超相対論的量子分子動力学（UrQMD）モデルを更新し、中性子-核子（KN）ポテンシャルのスカラーおよびベクトル（ローレンツ型）成分を組み込んだ。
• 空間的成分から導かれる中性子のベクトル場に基づく速度に依存するローレンツ型の力（運動量に依存するポテンシャル）を導入した。
• 197Au+197Au衝突を1.5 GeV/核子で、衝突パラメータの範囲を変えてシミュレーションし、実験条件に一致させるために運動学的カット（y₀: 0.3–0.7、pₜ: 0.2–0.8 GeV/c）を適用した。
• K⁺の方位角分布を dN/dφ ≈ 1 + 2a₁cos(φ) + 2a₂cos(2φ) の形でフィッティングし、流れパラメータ a₁（方向的流れ）および a₂（楕円的流れ）を抽出した。
• KNポテンシャルにローレンツ型の力が含まれるか否かの状況を比較し、KaoS実験データとの一致度を評価した。
• 完全なKNポテンシャル、スカラーのみのポテンシャル、およびKNポテンシャルなしのケースを体系的に比較し、ベクトル成分の寄与を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子-核子ポテンシャルにローレンツ型の力を組み込むと、1.5 GeV/核子におけるAu+Au衝突におけるK⁺の方向的流れおよび楕円的流れにどのような影響を与えるか？
• RQ2 スカラーKNポテンシャルのみを含むモデルでは、なぜK⁺の方向的流れがあまりに負の値になってしまうのか？また、ローレンツ型の力はこの乖離を是正できるか？
• RQ3 スカラーおよびベクトル（ローレンツ型）成分を含む完全なKNポテンシャルを用いることで、KaoS実験の方向的流れおよび楕円的流れの両方のデータをどの程度同時に再現可能か？
• RQ4 KNポテンシャルのスカラー部およびベクトル部が、観測されたK⁺発射パターンの非対称性に果たす相対的寄与はどの程度か？
• RQ5 KNポテンシャルにおけるスカラーの反発力とベクトルの引力とのキャンセル効果が、最終的な流れパラメータにどのように影響を与えるか？

主な発見

• KNポテンシャルにローレンツ型の力を組み込むことで、予測される方向的流れ（a₁）の絶対値が顕著に減少し、スカラーのみのモデルで見られる非物理的な負の流れの過剰予測が是正された。
• 完全なKNポテンシャル（ローレンツ型の力を含む）を用いて計算された方向的流れパラメータa₁は、KaoS実験データと誤差範囲内で一致したが、スカラーのみのケースでは値があまりに負であった。
• 楕円的流れパラメータa₂はKNポテンシャルにそれほど敏感ではないが、完全なKNポテンシャルを用いることで、ポテンシャルなしのケースに比べて実験データとの一致が改善された。
• スカラーの反発力とローレンツ型の引力とのキャンセル効果が不可欠であることが示された：ローレンツ型の成分を除去すると、a₁はより負の値に傾き、実験データからさらに離れる。
• 方向的流れおよび楕円的流れの両方のパラメータが、速度に依存するローレンツ型の力を含む完全なKNポテンシャルが導入された場合にのみ、同時に良好に再現された。
• モデルの結果は、ローレンツ型の力が単なる補正項ではなく、準閾値の中性子生成におけるK⁺ダイナミクスを正確に記述するために不可欠な要素であることを示している。