[논문 리뷰] Classicalization and unitarization of wee partons in QCD and Gravity: The CGC-Black Hole correspondence

Gia Dvali, Raju Venugopalan|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 22.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 104인용 수 39

한 줄 요약

이 논문은 고에너지 QCD의 색 유리 응축체(CGC)와 중력에서의 블랙홀 사이의 깊은 대응을 제안하며, 양쪽 시스템이 부드러운 글루온 또는 중력보의 임계적 밀도로 '약한 파artons'의 고전화와 유니타리화를 보임을 보여준다. 주요 결과는 두 시스템이 모두 Smax = 1/α(QS)라는 보편적인 엔트로피 한계에 도달하며, 엔트로피는 골드스톤 스케일 단위의 면적으로 표현되는데, 이는 중력에서는 베켄슈타인-호킹 유사 엔트로피를, QCD에서는 유사 면법칙을 유도한다.

ABSTRACT

We discuss a remarkable correspondence between the description of Black Holes as highly occupied condensates of $N$ weakly interacting gravitons and that of Color Glass Condensates (CGCs) as highly occupied gluon states. In both cases, the dynamics of "wee partons" in Regge asymptotics is controlled by emergent semi-hard scales that lead to perturbative unitarization and classicalization of $2 ightarrow N$ particle amplitudes at weak coupling. In particular, they attain a maximal entropy permitted by unitarity, bounded by the inverse coupling $\alpha$ of the respective constituents. Strikingly, this entropy is equal to the area measured in units of the Goldstone constant corresponding to the spontaneous breaking of Poincar{\'{e}} symmetry by the corresponding graviton or gluon condensate. In gravity, the Goldstone constant is the Planck scale, and gives rise to the Bekenstein-Hawking entropy. Likewise, in the CGC, the corresponding Goldstone scale is determined by the onset of gluon screening. We point to further similarities in Black Hole formation, thermalization and decay, to that of the Glasma matter formed from colliding CGCs in ultrarelativistic nuclear collisions, which decays into a Quark-Gluon Plasma.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 QCD의 색 유리 응축체(CGC)와 중력에서의 블랙홀 물리 간의 대응을 수립하기 위해.
• 두 시스템이 레지오 근사에서 2→N 산란 진폭의 고전화와 양자역학적 유니타리화를 모두 보여주기 위해.
• 두 시스템에서 최대 엔트로피가 Smax = 1/α(QS)로 제한됨을 보여주며, 이는 기원하는 반경적인 반경 스케일과 연결됨을 위해.
• 초상대론적 중수핵 충돌에서의 블랙홀 형성과 글라스마 형성의 기술을 공통의 보편적 역학을 통해 통합하기 위해.

제안 방법

• 레지오 근사에서 색 유리 응축체(매우 높은 점유도의 글루온 상태)와 블랙홀(매우 높은 점유도의 중력보 응축체) 간의 대응을 제안한다.
• 부드러운 파arton 상태의 포화를 정의하기 위해 임계적 밀도 조건 N = 1/α(QS)를 사용한다.
• 유니타리성에서 유도된 엔트로피 한계 Smax = 1/α(QS)를 적용하며, 이를 골드스톤 스케일 f 단위의 면적으로 연결한다.
• 골드스톤 스케일 f를 중력에서는 플랑크 스케일로, QCD에서는 글루온 스크리닝 스케일로 식별한다.
• 다중레지오 운동역학에서 2→N 산란 진폭을 분석하며, 기하급수적 감쇠 e−N 가 미세상태의 기하급수적 증가 eN 를 상쇄함을 보여준다.
• 효과적 장 이론과 아이케논화를 사용하여 RS = 1/QS 스케일에서 진폭을 유니타리화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 QCD의 CGC와 중력에서의 블랙홀은 어떻게 모두 레지오 근사에서 2→N 산란 진폭의 고전화와 유니타리화를 달성하는가?
• RQ2 두 시스템에서 보편적인 엔트로피 한계 Smax = 1/α(QS)의 기원은 무엇이며, 면적과 골드스톤 모드와 어떻게 관련되는가?
• RQ3 왜 CGC와 블랙홀 시스템이 동일한 엔트로피 한계에 도달하는가? 이는 그들의 보편적 역학에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ4 중수핵 충돌에서의 글라스마 상태 형성은 역학적 및 열역학적 측면에서 어떻게 블랙홀 형성과 유사한가?
• RQ5 자발적 파울리 대칭 붕괴가 두 시스템에서 엔트로피를 결정하는 골드스톤 스케일 f 를 생성하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 최대 엔트로피 Smax = 1/α(QS)는 CGC와 블랙홀 시스템 양쪽 모두에서 도달되며, 이는 보편적인 유니타리성 한계를 나타낸다.
• 엔트로피는 골드스톤 스케일 f 단위의 면적으로 비례하며, Smax = Area × f² 로 표현되며, 중력에서는 f = MP, QCD에서는 f = Qs 이다.
• 포화 운동량 QS 는 de Broglie 파장 RS = 1/QS 를 정의하며, 이 스케일에서 시스템은 고전적이며 유니타리해진다.
• 부드러운 파rton에 대한 2→N 산란 진폭은 아이케논화를 통해 유니타리화되며, 기하급수적 감쇠 e−N 가 미세상태의 기하급수적 증가 eN 와 상쇄된다.
• 형성된 최종 상태의 운동량 크기 |p| ∼ MP/√s = 1/RS 는 호킹 온도와 슈바르츠실트 반경과 일치하며, 이는 역학이 블랙홀 열역학과 연결됨을 뜻한다.
• 이 대응은 붕괴, 열화 및 정보 복원까지 확장되며, 포화된 시스템에서의 보편적 행동을 시사한다.