[論文レビュー] The RHIC fireball as a dual black hole

Horaƫiu Năstase|ArXiv.org|Jan 10, 2005

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 28被引用数 85

ひとこと要約

本稿では、RHIC火炎球がAdS/CFT枠組みにおける双対ブラックホールであると提唱し、その中心部に存在するカラーレースコンデンゲート（CGC）がブラックホール内部に対応するとする。パイオン場のソリトンをゲージ理論双対として用い、温度175.76 MeV（a=1の場合）を導出し、実験的に観測された約176 MeVの凍結温度と一致させる。また、重力に双対するクーロン型ポテンシャルとしての相互作用を特定し、RHICがブラックホール形成および崩壊のためのストリング理論の実験的検証場である可能性を示唆する。

ABSTRACT

We argue that the fireball observed at RHIC is (the analog of) a dual black hole. In previous works, we have argued that the large $s$ behaviour of the total QCD cross section is due to production of dual black holes, and that in the QCD effective field theory it corresponds to a nonlinear soliton of the pion field. Now we argue that the RHIC fireball is this soliton. We calculate the soliton (black hole) temperature, and get $T=4a /π$, with $a$ a nonperturbative constant. For $a=1$, we get $175.76 MeV$, compared to the experimental value of the fireball ``freeze-out'' of about $176 MeV$. The observed $η/ s$ for the fireball is close to the dual value of $1/4π$. The ``Color Glass Condensate'' (CGC) state at the core of the fireball is the pion field soliton, dual to the interior of the black hole. The main interaction between particles in the CGC is a Coulomb potential, due to short range pion exchange, dual to gravitational interaction inside the black hole, deconfining quarks and gluons. Thus RHIC is in a certain sense a string theory testing machine, analyzing the formation and decay of dual black holes, and giving information about the black hole interior.

研究の動機と目的

• AdS/CFT対応を用いて、RHIC火炎球の熱的および構造的性質を説明すること。
• カラーレースコンデンゲート（CGC）をゲージ理論双対としてブラックホール内部と特定すること。
• 非線形パイオン場ソリトンモデルを用いて火炎球の温度を導出し、実験データと一致させること。
• 火炎球内部の強い相互作用ダイナミクスを、重力に双対するニュートン型ポテンシャルに関連付けること。
• 高エネルギーQCD衝突を通じて、RHICをストリング理論およびブラックホール物理学の実験的検証場として確立すること。

提案手法

• AdS/CFT双対性を用いて、高エネルギーQCD散乱をAdS5×X5におけるアーヘルブルク＝セクスのショックウェーブ衝突に写像する。
• 火炎球をショックウェーブ衝突によって形成されるブラックホールに対応する非線形ソリトンとしてモデル化する。
• 閉じ込められた表面形式を適用し、一般相対性理論の定理に従って重力双対におけるブラックホール形成を証明する。
• ブラックホール温度をT = 4a⟨mπ⟩/πとして導出し、非摂動的定数aを用い、実験的凍結温度と一致させる。
• ブラックホール内部の相互作用ポテンシャルをゲージ理論におけるパイオン交換ポテンシャルに写像し、クーロン型相互作用を導出する。
• ラディオン作用をパイオン場の双対として用い、最も軽いグルーオンモードを双対記述におけるパイオンの代理として用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RHIC火炎球はAdS/CFT枠組みにおいて双対ブラックホールとして解釈可能か？
• RQ2 双対ブラックホールの温度は何か？ そして、実験的に観測された約176 MeVの凍結温度と一致するか？
• RQ3 火炎球内部（CGC）の粒子間相互作用は、双対ブラックホールにおける重力的相互作用とどのように関係するか？
• RQ4 双対ブラックホールに特異点がないことは、束縛状態形成を伴う滑らかで脱コンfinement状態の内部を示唆するか？
• RQ5 RHICは高エネルギーハドロン衝突を通じて、ストリング理論およびブラックホール物理学の実験的検証場として機能可能か？

主な発見

• 双対ブラックホールの温度はT = 4a⟨mπ⟩/πとして計算され、a=1の場合に175.76 MeVを示し、実験的凍結温度（約176 MeV）と極めて良好に一致する。
• RHIC火炎球の観測されたせん断粘性率とエントロピー比η/s ≈ 1/4πは、双対ブラックホールの値と一致し、双対性を支持する。
• 火炎球中心部のCGC状態は、パイオン場ソリトンとして特定され、クォーカーおよびグルーオンが脱コンfinement状態にあるブラックホール内部に対応する。
• 火炎球内部の粒子は、M1およびNcに依存する強さを持つV(r) ∝ -1/rのクーロン型ポテンシャルにより相互作用する。これは、ブラックホール内部のニュートン型重力ポテンシャルに双対する。
• パイオン場またはブレーンの曲がり特異点が物理的に不自然であるため、ブラックホールはおそらく特異点を持たず、束縛状態形成を伴う滑らかな内部を持つと想定される。
• RHICは最大のフロイサール領域に位置し、双対ブラックホールの形成および崩壊は、実験データと整合する熱化および粒子放出のメカニズムを提供する。