[논문 리뷰] Transport coefficients of hadronic matter in a van der Walls hadron resonance gas model

Ranjita K. Mohapatra, Hiranmaya Mishra외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 22.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 이완 시간 근사법 내에서 반데르발스 하드론 리조너스 가스(VDW HRG) 모델을 사용하여 뜨거운 하드론 물질의 점성도와 체적 점성도를 추정한다. 이 모델은 반발력(배제 부피)과 흡인력(반데르발스) 상호작용을 모두 포함한다. 결과적으로 VDW HRG 모델은 더 높은 엔트로피 밀도 덕분에 EV HRG 모델보다 항상 η/s와 ζ/s가 낮음을 발견하였으며, 화학적 동결점 곡선을 따라 흡인력 계수의 비정상적인 변화가 체적 점성도 행동에 중대한 영향을 미친다.

ABSTRACT

We estimate the transport coefficients like shear and bulk viscosities of hot hadronic matter in van der Walls hadron resonance gas ( VDW HRG ) model in the relaxation time approximation. We also have compared these results with excluded volume hadron resonance ( EV HRG ) calculations. $η/s$ decreases as the temperature of the hadronic system increases at a fixed baryon chemical potential. $η/s$ in VDW HRG is always less than that of EV HRG case due to the large entropy density in VDW HRG compared to EV HRG case. At a fixed chemical potential, $ζ/s$ in VDW HRG is also less than that of EV HRG case. We also have estimated these transport coefficients along the freezeout curve. There is an increase in chemical freezeout temperature in VDW HRG case determined from the universal condition $E/N =ε/n \sim 1$ $GeV$. We also have calculated the variation of attraction parameter along the freezeout curve $E/N =ε/n \sim 1$ $GeV$ keeping the freezeout parameters same as in ideal HRG and the repulsion parameter fixed. We observe a nontrivial variation of attraction parameter along the freezeout curve where it increases in the meson dominated region and decreases in the baryon dominated region along the chemical freezeout curve. $η/s$ in EV HRG is always large than that VDW HRG along the freezeout curve. This is also true for $ζ/s$.

연구 동기 및 목표

• 뜨거운 하드론 물질의 점성도(점성도와 체적 점성도)를 반데르발스 하드론 리조너스 가스(VDW HRG) 모델에서 추정하기.
• 이 점성도를 배제 부피 HRG(EV HRG) 모델과 비교하기. 이 모델은 오직 반발력 상호작용만 포함한다.
• 흡인력과 반발력 상호작용이 엔트로피 밀도와 점성도 계수에 미치는 영향을 조사하기.
• 특히 ε/n ≈ 1 GeV 조건에서 화학적 동결점 곡선을 따라 점성도 계수의 행동을 분석하기.
• VDW HRG 모델에서 동결점 곡선을 따라 흡인력 계수가 어떻게 변화하는지 탐구하며, 특히 메손 및 바리온이 지배하는 영역에서의 변화를 중심으로 분석하기.

제안 방법

• VDW HRG 모델은 하드코어 반발력(배제 부피)과 하드론 간 반데르발스형 흡인력 상호작용을 모두 포함하여 임계 온도 근처에서 라티스 QCD 데이터와의 일치도를 향상시킨다.
• 점성도 계수(점성도와 체적 점성도)는 분포 함수가 온도에 따라 변화하는 이완 시간을 통해 평형 상태로 지수적으로 회복되는 이론적 이론인 이완 시간 근사법을 사용하여 계산된다.
• 엔트로피 밀도는 유한한 하드론 크기와 하드론 간 상호작용을 고려한 VDW HRG의 거대통계적 분할 함수로부터 계산된다.
• 화학적 동결점 곡선은 조건 ε/n ≈ 1 GeV로 결정되며, 이 곡선을 따라 일관성을 유지하기 위해 흡인력 계수를 조정한다.
• 두 가지 유형의 VDW HRG 모델을 연구한다: VDW HRG 1(흡인력/반발력 계수를 고정)과 VDW HRG 2(흡인력 계수를 동결점 곡선을 따라 조정하여 ε/n ≈ 1 GeV 유지를 목표로 함).
• 점성도와 엔트로피 밀도의 비율(η/s 및 ζ/s)은 다양한 바리온 화학적 포텐셜과 온도에서 VDW HRG, EV HRG 및 이상적 HRG 모델 간 비교를 통해 평가된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 VDW HRG 모델에서 점성도와 체적 점성도는 EV HRG 모델과 비교해 어떻게 다른가? 특히 η/s와 ζ/s 비율 측면에서 설명하라.
• RQ2 반데르발스 흡인력 상호작용을 포함함으로써 뜨거운 하드론 물질의 엔트로피 밀도와 점성도 계수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 VDW HRG 모델에서 화학적 동결점 곡선을 따라 흡인력 계수가 어떻게 변화하는가? 이 변화는 체적 점성도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 왜 VDW HRG 모델에서 η/s는 동결점 곡선 전반에 걸쳐 EV HRG보다 낮게 유지되는가? 이는 엔트로피 밀도의 차이와 어떻게 관련되는가?
• RQ5 VDW HRG 2에서 동결점 곡선을 따라 흡인력 계수가 비정상적으로 변화함으로써 ζ/s의 온도 의존성이 어떻게 영향을 받는가?

주요 결과

• 고정된 바리온 화학적 포텐셜에서 온도가 증가함에 따라 VDW HRG 모델의 η/s는 항상 EV HRG 모델보다 낮으며, 이는 더 높은 엔트로피 밀도 덕분이다.
• 같은 바리온 화학적 포텐셜에서 VDW HRG 모델의 ζ/s는 EV HRG 모델보다 낮으며, 주로 VDW HRG에서 더 높은 엔트로피 밀도 때문이 다.
• 화학적 동결점 곡선(ε/n ≈ 1 GeV)을 따라 VDW HRG 모델은 이상적 HRG 모델보다 더 높은 동결점 온도를 예측한다. 이는 에너지 밀도가 수반되는 수반 밀도보다 더 빠르게 감소하기 때문이다.
• VDW HRG 2 모델에서 메손 지배 영역(μB < 300 MeV)에서는 흡인력 계수가 증가하고, 바리온 지배 영역(μB > 300 MeV)에서는 감소하며, 이는 하드론 조성의 변화를 반영한다.
• EV HRG 모델은 VDW HRG의 두 변형보다 η/s와 ζ/s가 더 크며, 이는 오직 반발력 상호작용만 존재해 엔트로피 밀도가 낮기 때문이다.
• VDW HRG 2 모델에서 동결점 곡선을 따라 흡인력 계수가 비정상적으로 변화함으로써 ζ/s의 온도 의존성이 비단조화적이고 비정상적인 특성을 띠게 되며, 이는 EV HRG 및 VDW HRG 1에서는 관찰되지 않는다.