[논문 리뷰] Conical flow in a medium with variable speed of sound

Jorge Casalderrey-Solana, Edward Shuryak|ArXiv.org|2005. 11. 22.

Fluid Dynamics and Turbulent Flows참고 문헌 2인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 시간에 따라 변하는 음속을 갖는 쿼크-글루온 플라즈마에서의 원추형 유량을 조사하며, 팽창과 $c_s$ 감소가 마흐 원뿔의 관측 가능한 효과를 증폭시킨다는 것을 보여준다. 또한, 1차 상전이가 발생할 경우 혼합상에서 음속이 0이 되어 반사파가 발생하고, $Δ\phi \approx 1.4$ 라디안에서 제2피크가 나타나지만, PHENIX 데이터에서 그러한 피크가 관측되지 않음으로써 1차 상전이가 배제됨을 입증한다.

ABSTRACT

In high energy nuclear collisions, QCD jets deposit a large fraction of their energy into the produced matter. It has been proposed that as such matter behaves as a liquid with a very small viscosity, a fraction of this energy goes into a collective excitation called the ``conical flow'', similar e.g. to the sonic booms generated by the supersonic planes. In this work we study the effect of time-dependent speed of sound on the development of the conical wave. We show that the expansion of matter and the decrease of $c_s$ leads to an increase of observable manifestations of the conical flow. We also show that if the QCD phase transition is of the first order (and thus with vanishing speed of sound in the mixed phase) the wave must split into two, with opposite directions. We then argue that it is not the case experimentally, which supports the conclusion that the QCD phase transition is $not$ of the first order.

연구 동기 및 목표

• 시간에 따라 변하는 음속과 유체역학적 팽창이 쿼크-글루온 플라즈마에서의 원추형 유량에 미치는 영향를 이해하는 것.
• 혼합상에서 음속이 0이 되는 1차 QCD 상전이가 반사파를 유도할 수 있는지 평가하는 것.
• RHIC에서의 실험적 이중입자 애자이무탈 상관관계 데이터와 이론적 예측을 비교하는 것.
• 단열 불변량과 기하광학을 사용하여 변화하는 $c_s$ 조건에서 파동 진폭과 진행 방향의 변화를 모델링하는 것.
• 실험 데이터에서 제2피크가 관측되지 않는 것이 2차 QCD 상전이를 의미하는지 판단하는 것.

제안 방법

• 시간에 따라 변하는 음속을 갖는 매질에서 음파의 진폭 변화를 모델링하기 위해 $I = \oint p\,dq$ 를 사용한 단열 불변량 적용.
• 확장되는 매질에서 파면 경로와 효과적 방출 각도를 추정하기 위해 기하광학 근사를 사용.
• 화력구를 Robertson-Walker 계량으로 모델링하여 유동 팽창이 파동 전파에 미치는 영향 시뮬레이션.
• QGP와 혼합상 단계에서 시간이 동일하다는 가정 하에 효과적 방출 각도 $\theta_e \approx 1.4$ 라디안을 계산.
• 이론적 예측의 파동 분리 현상과 PHENIX의 이중입자 상관관계 함수를 $Δ\phi \approx 1.4$ 라디안에서 비교.
• 선형화된 유체역학의 해석적 해를 사용하여 마흐 원뿔 각도와 진폭 증폭을 유도.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쿼크-글루온 플라즈마에서 시간에 따라 변하는 음속이 원추형 유량의 진폭과 관측 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 만약 QCD 상전이가 1차이면 혼합상에서 음속이 0이 되어 반사파가 발생할 수 있는가?
• RQ3 그러한 상전이로 인한 반사파가 이중입자 애자이무탈 상관관계에서 검출 가능한 제2피크를 생성할 수 있는가?
• RQ4 유체역학적 팽창이 입자 스펙트럼에서 마흐 원뿔 신호를 어느 정도 강화하는가?
• RQ5 PHENIX 데이터에서 $Δ\phi \approx 1.4$ 라디안에서 피크가 관측되지 않는다는 것은 1차 QCD 상전이를 배제하는가?

주요 결과

• 음속 변화로 인해 파동의 속도 대 온도 비율($v/T$)이 10% 증가하고, 팽창으로 인해 3배 증가하여 입자 스펙트럼에서 관측 가능한 효과가 강화된다.
• 혼합상에서 음속이 0이 되는 1차 QCD 상전이가 발생할 경우 파동 반사가 발생하여 뒤로 향하는 제2원추형 파동이 전파된다.
• 반사된 파동은 $Δ\phi \approx 1.4$ 라디안에서 애자이무탈 상관관계 함수에 피크를 생성하며, 이는 효과적 방출 각도 $\theta_e \approx 1.4$ 라디안에 해당한다.
• PHENIX 데이터는 $Δ\phi \approx 1.4$ 라디안에서 유의미한 증가가 없으며, 중심부 또는 고다중도 사건에서 제2피크의 증거도 없음.
• 예측된 제2피크가 관측되지 않음으로써 QCD 상전이가 1차가 아니며, 2차 또는 교차 전이임을 지지한다.