[논문 리뷰] Hot QCD equations of state and response functions for quark-gluon plasma

Vinod Chandra, Akhilesh Ranjan외 1명|ArXiv.org|2008. 01. 08.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 두 가지 뜨거운 QCD 상태방정식—일반적으로 다루는(0(g⁵)) 및 비론적 효과를 포함하는(0[g⁶ ln(1/g) + δ])—을 사용하여 쿼크-글루온 플라즈마에서 크로모-전기 감수율과 스크리닝 길이를 계산한다. 효과적인 화학적 포텐셜을 통한 상호작용 효과 통합과 라티스 QCD 결과에 대한 효과적인 결합 상수 매칭을 통해, 중량 쿼크온의 해리 온도를 예측하며, 이는 라티스 데이터와 잘 일치하여 특히 δ ≈ 1.0인 EOS δ 모델의 현상학적 타당성을 뒷받침한다.

ABSTRACT

We study the response functions (chromo-electric susceptibilities) of quark-gluon plasma as a function of temperature in the presence of interactions. We consider two equations of state for hot QCD. The first one is fully perturbative, of $O(g^5)$ EOS and, and the second one which is $O[g^6\ln(1/g)+δ]$, incorporates some non-perturbative effects. Following a recent work (Physical Review {\bf C 76}, 054909(2007)), the interaction effects contained in the EOS are encapsulated in terms of effective chemical potentials($ ildeμ$) in the equilibrium distribution functions for the partons.By using them in another recent formulation of the response functions({ t arXiv:0707.3697}), we determine explicitly the chromo-electric susceptibilities for QCD plasma. We find that it shows large deviations from the ideal behavior. We further study the modification in the heavy quark potential due to the medium effects. In particular, we determine the temperature dependence of the screening lengths by fixing the effective coupling constant $Q$ which appears in the transport equation by comparing the screening in the present formalism with exact lattice QCD results. Finally, we study the dissociation phenomena of heavy quarkonium states such as $c\bar{c}$ and $b\bar{b}$, and determine the dissociation temperatures. Our results are in good agreement with recent lattice results.

연구 동기 및 목표

• 효과적인 상호작용을 포함한 뜨거운 QCD 상태방정식에서 유도된 효과적인 화학적 포텐셜을 사용하여 쿼크-글루온 플라즈마의 온도 의존적인 크로모-전기 감수율을 결정하는 것.
• 라티스 QCD 결과에 효과적인 결합 상수를 매칭하여 유도된 디바이 스크리닝 길이를 통해 중량 쿼크 포텐셜의 매질 수정을 모델링하는 것.
• Nf = 0, 2, 3일 때 순수 게이지 및 전체 QCD에서 캐러몬(c\bar{c})과 바텀온(b\bar{b}) 상태의 해리 온도를 추정하는 것.
• 라티스 QCD 결과와의 비교를 통해 두 효과적인 상태방정식—EOS1 및 EOS δ—의 현상학적 일致성을 검증하는 것.

제안 방법

• 뜨거운 QCD 상태방정식의 상호작용 효과는 입자에 대한 평형 분포 함수에 효과적인 화학적 포텐셜(\tilde{\mu})로 포함된다.
• 최근의 제안(arXiv:0707.3697)을 기반으로 한 볼츠만-블라지우 동역학 접근법을 사용하여, 효과적인 전하를 가진 준입자 시스템으로 간주한 플라즈마에서 크로모-전기 감수율을 계산한다.
• 유도된 디바이 스크리닝 길이가 카즈마레크와 찬트우의 정확한 라티스 QCD 결과와 일치하도록 효과적인 결합 상수 Q를 결정한다.
• 스크리닝 길이의 온도 의존성을 사용하여 중량 쿼크온에 대한 온도 의존 포텐셜(Cornell형)을 구성한다.
• c\bar{c} 및 b\bar{b} 상태에 대해 슈뢰딩거 방정식을 수치적으로 해결하여 T_D를 T/T_c의 함수로 해리 온도를 결정한다.
• 결과는 Nf = 0, 2, 3일 때 라티스 데이터 및 이전 이론적 추정치와 비교되며, 특히 EOS δ의 최적 δ 값에 주목한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 매질 상호작용으로 인해 쿼크-글루온 플라즈마의 크로모-전기 감수율이 이상 기체 행동에서 얼마나 벗어나는가?
• RQ2 효과적인 화학적 포텐셜을 통한 비론적 효과를 포함한 뜨거운 QCD에서 디바이 스크리닝 길이의 온도 의존성은 어떻게 되는가?
• RQ3 J/Ψ 및 Υ 상태의 예측 해리 온도는 라티스 QCD 결과 및 다른 이론적 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 비론적 상태방정식 EOS δ의 매개변수 δ는 스크리닝 및 해리 행동에 대해 라티스 데이터와 가장 잘 일치하는가?
• RQ5 효과적인 상태방정식(EOS1 및 EOS δ)이 QGP에서 중량 쿼크온의 스크리닝 및 해리 성질을 정량적으로 얼마나 잘 기술할 수 있는가?

주요 결과

• 크로모-전기 감수율은 이상 기체 행동에서의 큰 벗어남을 보이며, 쿼크-글루온 플라즈마에서 강한 매질 효과가 있음을 시사한다.
• δ ≈ 1.0인 효과적인 상태방정식 EOS δ로부터 유도된 디바이 스크리닝 길이는 라티스 QCD 결과와 가장 잘 일치하며, 이는 이 매개변수 선택이 사후적으로 검증됨을 의미한다.
• Nf = 0일 때 J/Ψ 해리 온도는 EOS1 기준 2.2T_c, EOS δ 기준 1.86T_c로 예측되며, Nf = 2일 땐 각각 2.62T_c 및 2.38T_c로, 라티스 추정치와 잘 일치한다.
• Nf = 3일 때 바텀온(Υ) 해리 온도는 EOS1 기준 2.5T_c, EOS δ 기준 δ=1.2일 때 2.58T_c로 예측되며, 라티스 예측과 일치하여 약 2T_c에서 생존함을 시사한다.
• J/Ψ 및 Υ의 예측 해리 온도는 이전 추정치보다 라티스 데이터와 더 잘 일치하며, 특히 δ ≈ 1.0인 EOS δ에서 그러한 경향이 두드러진다.
• 이 연구는 J/Ψ 억제가 3T_c 이하에서는 일어나지 않을 것임을 확인하며, J/Ψ 해리가 고온에서만 발생한다는 개념을 지지한다.