[論文レビュー] Dyson-Schwinger Equation Approach to the QCD Deconfinement Transition and J/Psi Dissociation

D. Blaschke, G. Burau+3 more|ArXiv.org|Feb 4, 2000

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、高温・高密度のクォーク物質における charm 結合状態の崩壊を研究するために、有限温度の Dyson-Schwinger 方程式 (DSE) アプローチを適用する。特に、J/ψ + π → D + D̄ 反応に注目する。Chiral 恢復／脱コンfinement転移温度 Tc ≈ 150 MeV において、D メソン質量およびπ分布関数の変化に起因して、崩壊断面積が顕著に増大することを示し、CERN SPS における Pb-Pb 衝突で観測された異常な J/ψ 崩壊の動的説明を提供する。

ABSTRACT

We consider an extension of the finite-temperature Dyson-Schwinger equation (DSE) approach to heavy mesons and quarkonia and apply it to calculate the cross section for the J/Psi breakup reaction J/Psi + pi --> D + D. We study the effects of chiral symmetry restoration in the light quark sector on this process and obtain a critical enhancement of the reaction rate at the chiral/ deconfinement transition. Implications for the kinetics of charmonium production in ultrarelativistic heavy-ion collisions are discussed with particular emphasis on the recently observed anomalous J/Psi suppression as a possible signal for quark matter formation.

研究の動機と目的

• 非相対論的ポテンシャルモデルを超えて、高温・高密度 QCD 物質における charm 結合状態の崩壊を記述する動的場理論的枠組みを構築すること。
• 軽クォーク系におけるチャーミカル対称性の回復が、J/ψ + π → D + D̄ 崩壊断面積に与える影響を調査すること。
• SPS エネルギーでの NA50 Pb-Pb 衝突で観測された異常な J/ψ 崩壊を、QCD 相転移の兆候として解釈すること。
• 有限温度 DSE を用いて、中性子状態における重いメソン質量および崩壊性質の修正をモデル化すること。
• 共動するπガス中における J/ψ の進化の動力学を検討し、再生効果の可能性を含むこと。

提案手法

• クォーク伝播関数を記述するため、ガウス型形因子 φ(p²) = exp(−p²/Λ²) を持つ、分離可能な DSE モデルを用い、温度依存の質量ギャップ Δm(T,μ) を導入する。
• クォーク自己エネルギーの雨宮ラッパー近似を用い、ギャップ方程式を解いて動的クォーク質量関数 m(p²) = m₀ + Δm(T,μ)φ(p²) を得る。
• 束縛状態を記述するため、ラッパー近似における Bethe-Salpeter 方程式を適用し、準スカラーおよびベクトル中間子に対して共通の形因子 φM(p²) = φ(p²) を使用する。
• 中性子状態における D メソン質量およびπ分布関数 fπ(p, T, μπ) を用いて、J/ψ + π → D + D̄ の熱平均断面積 ⟨σv_rel⟩ を計算する。
• J/ψ の緩和時間 τ⁻¹ を τ⁻¹ = ∫ d³pπ/(2π)³ fπ(π, T) σ(pπ, pψ) v_rel (PψPπ)/(EψEπ) としてモデル化し、Tc 近傍での臨界定常的増幅を組み込む。
• DSE 解から得られる臨界定常温度 Tc = 150 MeV を、チャーミカル対称性回復に起因する崩壊増幅の開始点として用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Tc ≈ 150 MeV におけるチャーミカル対称性回復が、高温媒質内での J/ψ + π → D + D̄ 崩壊断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 DSE アプローチは、Pb-Pb 衝突における ET ≈ 40 GeV 付近で観測された閾値的増幅を再現できるか？
• RQ3 中性子状態における D メソン質量の修正が、QCD 相転移付近での charm 結合状態崩壊率の増大に果たす役割は何か？
• RQ4 J/ψ 崩壊の熱平均断面積は温度とともにどのように変化するか？また、Tc で臨界定常ピークを示すか？
• RQ5 崩壊と再生過程（例：D̄D → J/ψ + π）の相互作用が、高エネルギー密度における J/ψ の生成量の飽和やさらなる増大を引き起こす可能性はあるか？

主な発見

• DSE モデルは、図6に示すように、チャーミカル対称性回復転移温度 Tc ≈ 150 MeV において、J/ψ + π → D + D̄ 崩壊断面積が顕著に増幅することを予測する。
• D メソン質量の低下と π 分布関数 fπ(T) の増幅が相まって、熱平均断面積 ⟨σv_rel⟩ が Tc 近傍で急激に増加する。
• 高温のπガス中における J/ψ の緩和時間 τ⁻¹ は Tc で臨界定常的低下を示し、媒質内での崩壊率の著しい増幅を示している。
• 本モデルは、NA50 Pb-Pb 衝突で観測された異常な J/ψ 崩壊を、標準的な核吸収ではなく、この臨界定常的増幅に起因すると解釈する。
• D̄D の消失反応が J/ψ + π に寄与する再生過程を導入することで、高エネルギー密度領域における J/ψ の生成量が飽和するか、さらなる増加を示す可能性がある。
• DSE を用いたアプローチは、D* レゾネンスの伝播よりもクォーク交換図が崩壊振幅を支配することを予測し、非ポテンシャル的・場理論的ダイナミクスの重要性を強調する。