[論文レビュー] Parton Percolation in Nuclear Collisions

Helmut Satz|ArXiv.org|Dec 3, 2002

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、核子衝突の初期状態におけるパートンのパーコレーションが、その後の熱化を必要とせずに、脱カラーモデルへの幾何的相転移を引き起こすと提唱している。パーコレーション理論を用いて、衝突エネルギーの上昇に伴うパートン密度の増加が系全体に突然的な接続性をもたらすことを示し、観測されたストレンジネス増強およびHBT干渉計測定データを、熱化ではなく初期状態の幾何的構造の直接的兆候として説明している。

ABSTRACT

An essential prerequisite for quark-gluon plasma production in nuclear collisions is cross-talk between the partons from different nucleons in the colliding nuclei. The initial density of partons is determined by the parton distribution functions obtained from deep inelastic lepton-hadron scattering and by the nuclear geometry; it increases with increasing $A$ and/or $\sqrt s$. In the transverse collision plane, this results in clusters of overlapping partons, and at some critical density, the cluster size suddenly reaches the size of the system. The onset of large-scale cross-talk through color connection thus occurs as geometric critical behavior. Percolation theory specifies the details of this transition, which leads to the formation of a condensate of deconfined partons. Given sufficient time, this condensate could eventually thermalize. However, already the onset of parton condensation in the initial state, without subsequent thermalization, leads to a number of interesting observable consequences.

研究の動機と目的

• クォーカー・グルーオンプラズマ形成に不可欠な、異なるヌクレオンからのパートンが接続された脱カラーモデル系を形成する初期状態の条件を理解すること。
• 高エネルギー核子衝突におけるパートン密度の上昇に起因するパーコレーションが、熱化を必要とせずに観測された実験的兆候を説明できるかどうかを調査すること。
• パーコレーションによる大規模な色結合の開始が、重イオン衝突におけるストレンジネス生成の抑制から通常化への転移を説明できるかどうかを特定すること。
• 中間体の進化を伴わない初期状態のパートオン的構造のみで、HBT干渉計測定の源半径および横方向の流れデータを説明できるかどうかをテストすること。

提案手法

• 核子衝突の横断面における非連結なパートオンクラスタから連結なパートオンクラスタへの幾何的転移をモデル化するために、パーコレーション理論を適用する。
• 部分子分布関数（例：GRV94DIS）を用いて、解像度スケール $ Q $ および重心系エネルギー $ \sqrt{s} $ の関数として、単位ラピディティあたりの部分子数を計算する。
• 初期状態のパートオン配置を、臨界密度閾値に従って制御されるランダム連続的パーコレーション過程としてモデル化する。
• 局所的ストレンジネス保存の相関体積 $ V_0 $ を初期パートオンクラスタの横断的サイズに関連づけ、パーコレーションとストレンジネス抑制の関係を結びつける。
• HBT干渉計測定データを分析し、初期状態の幾何的構造から予測される源半径と観測された $ R_{\rm out} \simeq R_{\rm side} $ および一定の横方向の流れを比較する。
• ベッセル関数 $ I_0, I_1 $ および変形ベッセル関数 $ K_2 $ を用いて、局所的およびグローバルなストレンジネス保存の下での奇妙粒子生成のボルツマン因子を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核子衝突におけるどのパートン密度で、パーコレーションがマクロな連結パートオン系を生じるか？
• RQ2 重イオン衝突における奇妙粒子生成の観測された増強は、熱化ではなく初期状態のパートンパーコレーションによって説明できるか？
• RQ3 HBT干渉計測定の源半径および横方向の流れデータのうち、どの程度が初期状態の幾何的構造によって説明可能であり、中間体の進化を伴わないか？
• RQ4 初期状態におけるパーコレーションの開始と、ストレンジネス生成の抑制から通常化への転移との相関は何か？
• RQ5 高密度のパートオン媒体におけるカイオンの有効な抑制因子を決定する際に、局所的ストレンジネス保存とグローバルなストレンジネス保存の役割は何か？

主な発見

• 横断面におけるパートンのパーコレーションは、臨界密度で幾何的相転移を引き起こし、熱化を必要とせずに脱カラーモデルの凝縮相が形成されることを示している。
• パーコレーションの開始は、相関体積 $ V_0 $ が系のサイズに一致するにつれて、ストレンジネス生成の抑制から通常化への転移と相関している。
• HBT干渉計測定データで観測された $ R_{\rm out} \simeq R_{\rm side} $ および一定の横方向の流れは、初期状態の幾何的構造と整合的であり、熱化された中間体の進化とは異なる。
• 局所的ストレンジネス保存の下でのカイオンの抑制因子は $ \left\{ I_1(x)/I_0(x) \right\} $ で与えられ、$ x = V_0 n_K(T) $ であり、高密度で1に近づくため、理想気体の生成割合が回復する。
• RHICエネルギー（$ \sqrt{s} = 200 $ GeV）では、$ y=0 $ におけるパートオン数はSPS（$ \sqrt{s} = 20 $ GeV）の約2倍であることが確認され、パーコレーション確率の増加と整合的である。
• LEPにおける4ジェット $ W^+W^- $ 衰えの多重度に減少が見られないことは、異なった $ W $ ボソンからのパートン間に色結合がないことを示唆しており、脱カラーモデル化のためには初期状態における強い相関が必要であることを示している。