[論文レビュー] The Role of Surface Tension for the Equation of State of Quark-Gluon Bags

K. A. Bugaev|ArXiv.org|Jul 16, 2007

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 15被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、温度および化学ポテンシャルに依存する表面張力係数を導入することで、一次相転移、連続的相転移、および二次以降の表面由来相転移を統一する解析的に解ける統計模型、表面張力を伴うクォーク-グルーオン袋（QGBST）モデルを提案する。主な結果は、相転移線において表面張力係数が消えることにより、量子色力学（QCD）の臨界点が臨界点ではなく三臨界点であると予測されることである。

ABSTRACT

The temperature and chemical potential dependent surface tension of bags is introduced into the gas of quark-gluon bags model. The suggested model is solved analytically. It resolves a long standing problem of a unified description of the first and second order phase transition with the cross-over. Such an approach is necessary to model the complicated properties of quark-gluon plasma and hadronic matter from the first principles of statistical mechanics. In addition to the deconfinement phase transition, we found that at the curve of a zero surface tension coefficient there must exist the surface induced phase tranition of the 2-nd or higher order, which separates the pure quark gluon plasma (QGP) from the cross-over states. Thus, the present model predicts that the critical endpoint of quantum chromodynamics is the tricritical endpoint.

研究の動機と目的

• クォーク-グルーオンプラズマ相図における一次相転移、連続的相転移、および二次相転移を統一する長年の課題を解決すること。
• ガスの袋モデル（GBM）に表面張力効果を組み込み、物理的現実性と解析的可解性を向上させること。
• 表面張力の振る舞いを分析することで、QCDの臨界点が三臨界点であるかどうかを特定すること。
• 強い相互作用物質の複雑な相構造を記述する第一原理的な統計力学フレームワークを提供すること。

提案手法

• ガスの袋モデルの等圧分配関数に、温度およびバリオン数化学ポテンシャルに依存する表面張力係数を導入する。
• 等圧分配関数を解析的に解き、一次相転移に対応する単純な極と連続的相転移に対応する本質的特異点を明らかにする。
• 表面張力係数が臨界温度 Tcep で消えるものと仮定し、表面張力ゼロ線における二次以降の相転移を導出する。
• QGPの圧力は p = Ts_Q(T, μ_B) としてパラメータ化され、袋体積積分が s = s_Q(T, μ_B) で特異性を示す。
• 分配関数の右側に位置する特異点の振る舞いに注目し、ハドロン相、混合相、純粋クォーク-グルーオンプラズマ相を分類する。
• 非ゼロのバリオン密度へ一般化し、表面張力のべき乗則における指数 τ に基づいて、脱コンfinement相転移の性質がどのように変化するかの条件を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統計力学的枠組みにおいて、クォーク-グルーオン袋の一次相転移、二次相転移、および連続的相転移を統一的に記述できるか？
• RQ2 表面張力がガスの袋モデルにおける脱コンfinement相転移の相構造をどのように変化させるか？
• RQ3 表面張力係数が消えることで、純粋クォーク-グルーオンプラズマ相と混合ハドロン-QGP状態を分ける二次以降の相転移が生じるか？
• RQ4 QCDの相図における臨界点が、臨界点ではなく三臨界点であると予測されるか、このモデルによって示されるか？

主な発見

• 表面張力係数が Tcep で消えることにより、量子色力学（QCD）の臨界点が臨界点ではなく三臨界点であると予測される。
• 表面張力ゼロ線において、二次以降の相転移が純粋クォーク-グルーオンプラズマ相と、連続的相転移領域上部の混合ハドロン-QGP状態を分ける。
• τ が (3/2, 2) の範囲にある場合、高バリオン数化学ポテンシャルでは脱コンfinement相転移が一次相転移となり、臨界点で二次相転移に退化し、低化学ポテンシャルでは連続的相転移となる。
• クロスオーバー挙動と臨界点の三臨界性を実現するためには、Tcep で表面張力係数が消え、T > Tcep で負のまま保たれる必要がある。
• 従来の定式化が達成できなかった、GBMにおける一次相転移と連続的相転移の統一という長年の課題を解決する。
• 脱コンfinement相の圧力は無限大の袋によって生成されるが、離散的なハドロンスペクトルは、連続的相転移領域を越えてさえも二次的役割を果たす。