[論文レビュー] Chiral Symmetry Restoration and Dileptons in Relativistic Heavy-Ion Collisions

Ralf Rapp, J. Wambach|ArXiv.org|Sep 2, 1999

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 23

ひとこと要約

この論文は、相対論的重イオン衝突で生成される高温・高密度のハドロン物質におけるねじれ対称性の回復を、二重電子対生成をプローブとして調査する。中性子効果、特にパイオン相互作用に起因するベクトル・アキシアルベクトル混合が、1 GeV未満の二重電子対生成率においてクォーク・ハドロン双対性を生じさせることを示しており、これは、ねじれ対称性の相転移境界付近でハドロン的記述とクォーク的記述が等価になることを示唆している。QCD和則およびモデル計算による強い支援がある。

ABSTRACT

The current theoretical status in the analysis and interpretation of low-mass dilepton measurements in (ultra-) relativistic heavy-ion experiments is reviewed. Special emphasis is put on potential signals of (partial) restoration of dynamically broken chiral symmetry in a hot and dense hadronic medium. It follows from chiral symmetry alone that parity partners of hadronic correlation functions must become identical when the symmetry is restored. The assessment of medium effects in the vector channel, which governs the dilepton production, thus necessitates a simultaneous treatment of the vector and axialvector degrees of freedom. While significant progress in this respect has been made some open questions remain in establishing a rigorous link in the mass region below 1 GeV. From the present calculations a suggestive 'quark-hadron duality' emerges near the phase boundary. It implies substantial medium effects in the dilepton signal from the hadronic phase which smoothly matches a perturbative description within the plasma phase.

研究の動機と目的

• 高温・高密度のハドロン物質におけるねじれ対称性の回復が、二重電子対スペクトルに与える影響を評価すること。
• 中性子状態におけるハドロン的記述とクォーク的記述の間の明確な関係を確立すること。
• 特にρおよびa₁チャネルにおけるベクトルおよびアキシアルベクトルスペクトル関数に及ぼされる中性子効果を調査すること。
• ハドロン相における二重電子対生成率が、クォーク・グルーオンプラズマ相における摂動的クォーク・反クォーク生成率と滑らかに一致するかどうかを特定すること。
• CERN-SpSでの改善された質量分解能を用いて、中性子状態のρ中間子の修正と自由ρの崩壊を区別可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 高温・高密度の中性子状態におけるベクトルおよびアキシアルベクトル現在相関関数を解析するため、ねじれ還元形式およびQCD和則を用いる。
• 有効ラグランジュアン（例：ゲージ化された線形σ模型、隠れた局所対称性）を用いて、有限温度および有限密度におけるベクトルおよびアキシアルベクトル中間子をモデル化する。
• 平均場アプローチ（例：Brown-Rhoスケーリング）およびパイオン雲の修正を用いて、有限密度効果を組み込む。
• 低密度展開を実行し、中性子状態における凝集体およびスペクトル関数を計算する。
• ハドロンモデルからの二重電子対生成率と摂動的クォーク・反クォーク生成率を比較し、クォーク・ハドロン双対性を検証する。
• 輸送および流体力学的シミュレーションを用いて、重イオン衝突の時空的進化をモデル化し、時間依存の二重電子対信号を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベクトルおよびアキシアルベクトルチャネルにおける中性子効果が、高温・高密度のハドロン物質におけるねじれ対称性の回復をどの程度示唆するか。
• RQ2 有限温度におけるベクトル・アキシアルベクトルチャネル間の混合が、1 GeV未満の二重電子対生成率においてクォーク・ハドロン双対性をどのように生じさせるか。
• RQ3 パイオン相互作用が、ねじれ対称性の相転移境界付近でパリティパートナースペクトル関数を等しくする役割を果たすか。
• RQ4 ρ中間子の中性子状態における修正（例：崩壊、幅の拡大）が、1 GeV未満の二重電子対スペクトルにどのように影響を与えるか。
• RQ5 CERN-SpSでの改善された質量分解能により、ρ/ω質量領域における中性子状態のρ中間子寄与と自由ρ崩壊を区別可能か。

主な発見

• 1 GeV未満の二重電子対生成率において、ねじれ対称性の相転移境界付近でハドロン的記述と摂動的クォーク的記述が滑らかに一致する、示唆的なクォーク・ハドロン双対性が出現する。
• 有限温度におけるパイオン相互作用に起因するベクトル・アキシアルベクトル混合が、パリティパートナースペクトル関数を等しくするのに十分であり、φ中間子質量まで双対性を支持する。
• モデル計算およびQCD和則により、ρ領域における中性子状態効果（特に共鳴の崩壊）が、自由ρ質量未満の二重電子対生成を増幅させることを確認しており、SpSのデータと整合的である。
• M ≲ 0.5 GeVでは双対性からのずれが生じ、多数体効果およびソフト過程がクォーク的生成率を変更する可能性がある。
• 中性子状態のρ中間子スペクトル関数は、幅の拡大および質量シフトが顕著に現れ、1 GeV未満の二重電子対生成量が増加する。これは、改善された質量分解能で解明可能である。
• 理論的モデルは、相転移境界付近の純粋な中間子系における中性子状態効果がまだ不確かであることを示唆しており、特に軽いベクトル中間子に関しては、RHICおよびLHCの高い中間子対バリオン比のデータの必要性を強調している。