[論文レビュー] The influence of strange quarks on QCD phase diagram and chemical freeze-out: Results from the hadron resonance gas model

Abdel Nasser Tawfik|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2004

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 34

ひとこと要約

本稿では、ハドロン共鳴状態ガス模型（HRGM）を用いて、奇妙クォークのQCD相図および化学的凍結に与える影響を調査する。格子QCDシミュレーションからの一定エネルギー密度およびエントロピー密度の仮定のもと、HRGMは2フレーバーおよび3フレーバーQCDにおける格子結果を正確に再現し、特に実験データと非常に良好に一致する化学的凍結曲線を記述する。この曲線は、T=0かつμ≠0、およびμ=0かつT≠0の両端点を含む。

ABSTRACT

We confront the lattice results on QCD phase diagram for two and three flavors with the hadron resonance gas model. Taking into account the truncations in the Taylor-expansion of energy density $ε$ done on the lattice at finite chemical potential $μ$, we find that the hadron resonance gas model under the condition of constant $ε$ describes very well the lattice phase diagram. We also calculate the chemical freeze-out curve according to the entropy density $s$. The $s$-values are taken from lattice QCD simulations with two and three flavors. We find that this condition is excellent in reproducing the experimentally estimated parameters of the chemical freeze-out.

研究の動機と目的

• 格子QCDによる2フレーバーおよび3フレーバーQCDのQCD相図結果と、ハドロン共鳴状態ガス模型（HRGM）による予測を比較すること。
• 奇妙クォークがQCD相転移および化学的凍結の位置に与える影響を調査すること。
• エネルギー密度またはエントロピー密度のどちらが、化学的凍結を記述する上でより良い熱力学的条件を提供するかを特定すること。
• 格子シミュレーションから得られるエントロピー密度を用いたHRGMにより、実験的に観測された化学的凍結パラメータを再現すること。

提案手法

• 非奇妙および奇妙な共鳴状態（質量2 GeVまで）の粒子数、エネルギー密度、エントロピー密度を計算するために、ハドロン共鳴状態ガス模型（HRGM）を用いる。
• ボルツマン統計および修正ベッセル関数（K₁, K₂, K₃）を用いて、温度Tおよび化学ポテンシャルμの関数として熱力学的量を計算する。
• 有限μにおける格子QCD結果と比較するため、エネルギー密度ε(T,μ)のテイラー展開を2次まで切り捨てて適用する。
• ゼロμにおける格子結果に基づき、すべてのμ値で臨界エネルギー密度ε_cを一定と仮定し、相図をマッピングする。
• μ=0における格子QCDシミュレーションからのエントロピー密度s(T,μ)を、μ全域にわたって一定と仮定し、化学的凍結曲線を導出する。
• 数値的にエントロピー密度方程式を解き、凍結曲線を生成し、実験データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 奇妙クォークの取り入れが、T–μ_b平面におけるQCD相転移の位置にどのように影響を与えるか？
• RQ2 一定エネルギー密度ε_cを仮定したHRGMが、2フレーバーおよび3フレーバーQCDの格子QCD結果を再現できるか？
• RQ3 エントロピー密度s(T,μ)を一定と仮定することは、他の提案された条件と比較して、化学的凍結をより良い形で記述できるか？
• RQ4 HRGMが、化学的凍結曲線の2つの重要な端点（T=0, μ_b≠0）および（T≠0, μ_b=0）をどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• 一定エネルギー密度ε_cを仮定したHRGMは、2フレーバーおよび3フレーバーQCDの両方において、格子QCD結果と非常に良好に一致する。特に、ε(T,μ)のテイラー展開を2次まで切り捨てた場合に顕著である。
• μ_s = 0の仮定のもと、奇妙クォークの影響は小スケールのバリオ化学ポテンシャルμ_bでは顕著であるが、大スケールのμ_bでは弱まる。
• 一定エントロピー密度s(T,μ)から導かれた化学的凍結曲線は、実験データと極めて良好に一致し、両端点（T=0, μ_b≠0）および（T≠0, μ_b=0）を再現する。
• 正しいs値が用いられていれば、奇妙な共鳴状態を含むか否かにかかわらず、実験的凍結パラメータはほとんど差なく再現される。
• μ=0におけるs/T³ ≈ 5（n_f=2）およびs/T³ ≈ 7（n_f=3）は、熱力学第三法則および式（8）と整合しており、本手法の物理的妥当性を支持する。
• 臨界端点は、μ_b^ep = 360±40 MeVおよびT_c^ep = 162±2 MeVとして良好に再現されており、最近の格子計算と一致する。