[論文レビュー] Two RHIC puzzles: Early thermalization and the HBT problem

Ulrich Heinz, Peter F. Kolb|ArXiv.org|Apr 4, 2002

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、相対論的流体力学を用いてRHICにおける全粒子スぺクトルおよび楕円流を説明し、データと良好な一致を示す一方で、初期熱平衡化（1 fm/c未満）の強い証拠を得た。一方、流体力学的予測とHBT干渉計測定データとの間には顕著な不一致が認められ、遅い段階の凍結過程の理解が不完全であることを示唆している。本研究は、2つの主要な謎に注目する：急速な熱平衡化とHBT半径の不一致。

ABSTRACT

Hadron spectra from the first year RHIC run are shown to be excellently reproduced by hydrodynamic calculations. We argue that in particular the elliptic flow data provide strong evidence for early thermalization at RHIC, at energy densities well above deconfinement, but that the phenomenologically extracted short thermalization time scale of less than 1 fm/c provides a serious challenge for theory. The HBT radii from the hydrodynamic calculations agree only qualitatively with the data, showing significant quantitative discrepancies. It is argued that this points to a still incomplete understanding of the freeze-out process at RHIC.

研究の動機と目的

• 最初のRHICランにおける流体力学的計算と全粒子スペクトルおよび楕円流データとの優れた一致を説明すること。
• 観測された楕円流が、RHICにおけるクォーカン・グルーオンプラズマの熱平衡化時間スケールに何を示すかを調査すること。
• 流体力学的予測とHBT干渉計測定による空間的・時間的発光源分布との間の定量的不一致を特定・分析すること。
• 現在の流体力学的モデルが遅い段階の凍結過程を記述する際の限界を評価すること。

提案手法

• 相対論的理想流体力学を、√s = 130 A GeVにおけるAu+Au衝突で生成されるクォーク・グルーオンプラズマの膨張をモデル化するために用いる。
• 初期条件は、局所的熱平衡が仮定される時点に設定され、初期空間的非対称性に起因する圧力勾配に従って系が進化する。
• コペル＝フライ凍結処方を用いて、流体力学的状態から自由に飛翔するハドロンの放出に移行する。
• 2次元相関関数からピオンの空間的・時間的発光関数を抽出し、HBT半径を算出する。
• ピオン対の横運動量および反応面からの発光角度に関する関数として、HBT半径の方位角依存性を分析する。
• 特に径方向流れに起因する表面優位発光を考慮して、発光源の透過率を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された楕円流は、RHICにおけるクォーク・グルーオンプラズマの熱平衡化時間に何を示唆するか？
• RQ2 スペクトルおよび流れのデータと良好な一致を示すにもかかわらず、なぜ流体力学的モデルは測定されたHBT半径を定量的に再現できないのか？
• RQ3 径方向流れは発光源の空間的構造にどのように影響を与え、HBT干渉計測定にどのような影響を及えるか？
• RQ4 HBT半径の方位角振動は、源の幾何的要因か動的要因か、どちらを反映しているのか？

主な発見

• 流体力学的計算は、p⊥ = 1.5 GeV/c未満の99％の粒子について、ハドロンスペクトルおよび楕円流を定量的に再現しており、強い集団的挙動を示している。
• 楕円流の上限値との一致は、初期の熱平衡化を強く示唆しており、熱平衡化時間は1 fm/c未満である。これは理論的課題を提示している。
• 流体力学が予測するHBT半径は、データと定性的には一致するが、定量的には一致せず、特にR_outがR_sideに対して過小評価されている。
• HBT半径の方位角依存性（R_side²、R_out²、R_os²）は、幾何的期待と位相が一致するが、径方向流れに起因する表面優位発光にもかかわらず、その振動が観測される。
• 発光源の透過率（強い表面発光）によりR_out < R_sideが生じるが、これはデータで観測されるR_out ≈ R_sideの不一致を解消するには不十分である。
• HBT半径の振動の位相および符号は、予備のSTARデータと一致しており、HBTの謎はモデルの再構築ではなく、凍結ダイナミクスの精緻化によって解決可能である可能性を示唆している。