[論文レビュー] The impact of dissipation and noise on fluctuations in chiral fluid dynamics

Marlene Nahrgang, C. Herold+3 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2011

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、構成クォークを伴う線形シグマ模型におけるシグマ場に対する確率的ランジュバン方程式と結合した相対論的流体力学的モデルを構築し、エネルギーと運動量を明示的に保存する。第一順位の手術的相転移が、冷却遅れと再加熱に起因して、臨界点のシナリオよりも顕著に強化された非平衡フラクチュエーションを引き起こすことを示している。緩和過程において、ソフトなシグマモードの強度は数個のオーダー増加する。

ABSTRACT

We investigate the nonequilibrium evolution of the sigma field coupled to a fluid dynamic expansion of a hot fireball to model the chiral phase transition in heavy-ion collisions. The dissipative processes and fluctuations are allowed under the assumption that the total energy of the coupled system is conserved. We use the linear sigma model with constituent quarks to investigate the effects of the chiral phase transition on the equilibration and excitation of the sigma modes. The quark fluid acts as a heat bath in local thermal equilibrium and the sigma field evolves according to a semiclassical stochastic Langevin equation of motion. The effects of supercooling and reheating in a first order phase transition are observed when the sigma field relaxes to equilibrium with the quark fluid. Nonequilibrium fluctuations at the first order phase transition lead to an increase in the intensity of sigma fluctuations in comparison to a scenario with a critical point.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突におけるチャーミカル相転移の非平衡的ダイナミクスを、現実的なエネルギーと運動量保存を満たす形でモデル化すること。
• 散乱とノイズが相転移中におけるシグマ場のフラクチュエーションに与える影響を調査すること。
• 第一順位相転移と臨界点シナリオの両者における非平衡フラクチュエーションの強度を比較すること。
• 動的かつ膨張する媒体の中での平衡信号の存続可能性を評価すること。

提案手法

• シグマ場は、クォーク流体ヒートバスタに結合することで導かれる摩擦項とノイズ項を持つ半古典的確率的ランジュバン方程式に従って進化する。
• クォーク流体は、エネルギー運動量保存を満たす理想相対論的流体としてモデル化され、流体方程式におけるソース項を通じたバックレアクションを含む。
• 2次元格子上に周期的境界条件を設け、高速フーリエ変換を用いた運動量領域解析を実施する有限差分数値スキームで系を進化させる。
• 有効ポテンシャルとシグマ質量は温度依存的であり、質量は平均温度における曲率によって定義される。
• 初期条件では、高温の初期状態でシグマ場をクォーク流体と熱平衡状態に設定する。
• フラクチュエーションは、運動量チャンクごとのシグマ場の強度と平衡からのずれによって定量化される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 散乱とノイズは、チャーミカル相転移中のシグマ場の緩和およびフラクチュエーションダイナミクスにどのように影響するか？
• RQ2 臨界点における平衡信号が、動的かつ膨張する媒体内にどの程度存続するか？
• RQ3 冷却遅れや再加熱といった非平衡効果は、第一順位相転移におけるシグマフラクチュエーションの強度にどのように影響するか？
• RQ4 第一順位相転移と臨界点シナリオの両者における非平衡フラクチュエーションの相対的強度はいかほどか？

主な発見

• 第一順位相転移シナリオでは、膨張過程においてシグマフラクチュエーションの強度が顕著に増加し、冷却遅れとその後の緩和に起因してt = 6 fm付近でピークに達する。
• 第一順位相転移シナリオにおけるフラクチュエーションの強度は、臨界点シナリオよりも顕著に大きく、平衡からのずれの振幅も高くなる。
• 緩和の前にはフラクチュエーション強度曲線にショルダーが観測され、これは相転移中にクォーク流体の再加熱に起因する。
• 系は明確な冷却遅れと再加熱ダイナミクスを示しており、シグマ場が流体の温度変化に遅れて進化している。
• ゼロモードおよび低運動量フラクチュエーションは第一順位相転移ケースで強化されており、ソフトパイオンのコherent生成を示唆している。
• 臨界点シナリオではt = 6 fmに二次ピークが観測されるが、第一順位相転移ケースに比べて非常に小さな振幅である。