[論文レビュー] Susceptibilities and fluctuations in a Quark-Hadron System with Dynamical Recombination

Stephane Haussler, Marcus Bleicher+1 more|ArXiv.org|Mar 19, 2008

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、クォーク分子動力学（qMD）モデルにおける動的クォーク再結合が、保存電荷のフラクチュエーションおよび相関を示す初期クォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）フラクチュエーションをどのように消去するかを調査する。2 AGeV から 200 GeV のエネルギー領域におけるイベント別シミュレーションを用い、再結合駆動型ハドロン化が QGP の信号を抑制することを示している。特に電荷、バリオン数、奇素数のフラクチュエーションにおいて顕著な抑制が見られ、最終状態の結果はハドロン的期待値と区別がつかない。これは、実験において観測されない QGP フラクチュエーション信号の原因を説明する。

ABSTRACT

Within the framework of the dynamical recombination approach implemented in the partonic/hadronic quark Molecular Dynamics (qMD) model, we investigate numerous QGP signals constructed from the correlations and fluctuations of conserved charges, namely charged particle ratio fluctuations, charge transfer fluctuations as well as various ratios of susceptibilities. We argue that more generally, the covariances and the variances of the conserved charges divided by the number of charged particles are a measure of the quark number susceptibilities and are thus sensitive to the phase of the system. Computations carried within samples of central qMD events from low AGS energies on ($E_{lab}=2$ AGeV) up to the highest RHIC energies available ($\sqrt{s_{NN}}=200$ GeV) show that the final state calculations are always compatible with the hadronic result. From analyses performed as a function of time with our sample of events at $\sqrt{s_{NN}}=200$ GeV, we find the recombination-like hadronization process the qMD system undergoes to be responsible for the vanishing of the early stage QGP correlations and fluctuations. These results might explain the compatibility of the measurements on charged particle ratio fluctuations with the hadronic expectations and leave no room for the experimental observation of any QGP fluctuation/correlation signals based upon the susceptibilities of the conserved charges.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突におけるハドロン化過程で、保存電荷の QGP フラクチュエーションが生存するかどうかを調査すること。
• 動的クォーク再結合が初期 QGP の相関およびフラクチュエーション信号を抑制する役割を特定すること。
• qMD モデルの結果が、感受率比に関して格子QCDの予測と整合するかどうかを評価すること。
• 実験的測定が理論的期待と一致しないにもかかわらず、QGP フラクチュエーション信号が明確に観測されない理由を明確化すること。

提案手法

• クォーク・分子動力学（qMD）モデルを用い、2 AGeV から 200 GeV の中心的 Au+Au/Pb+Pb 衝突を、明示的な部分子的からハドロン的状態への遷移を伴ってシミュレートする。
• 局所的クォーク再結合を誘導するため、閉じ込め型クォーク間ポテンシャルを導入する。
• 保存電荷（電荷 Q、バリオン数 B、奇素数 S）の時間発展を追跡し、その分散、共分散、および比を計算する。
• チャージド粒子比フラクチュエーション（D̃）、電荷移動フラクチュエーション（Du / dNch/dy）、相関係数（CBS、CQS）などのフラクチュエーション指標を計算する。
• 感受率比（χQ/χB、χB/χS）の時間発展を分析し、再結合効果を特定する。
• 最終状態の結果をハドロン的期待値および格子QCDの予測と比較し、モデルの一貫性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 qMD モデルにおける動的再結合プロセスが、保存電荷の初期 QGP フラクチュエーションを消去するか？
• RQ2 再結合効果は、イベント別解析における QGP フラクチュエーション信号の観測可能性をどの程度抑制するか？
• RQ3 保存電荷の分散および共分散は、部分子的からハドロン的状態への遷移過程でどのように変化するか。その抑制を引き起こす要因は何か？
• RQ4 qMD モデルにおける最終状態の感受率比は、格子QCDの結果およびハドロン的期待値と整合的か？
• RQ5 クォーククラスタリング、ラピディティシフト、またはレゾナント崩壊のうち、どの物理的メカニズムが QGP フラクチュエーション信号の抑制を主に支配しているか？

主な発見

• 初期 QGP レベルのフラクチュエーションが存在するにもかかわらず、最終状態のチャージド粒子比フラクチュエーション（D̃）、電荷移動フラクチュエーション（Du / dNch/dy）、相関係数（CBS、CQS）は、すべてハドロン的期待値と完全に一致する。
• 保存電荷の分散および共分散をチャージド粒子数で割った量（σXY / ⟨Nch⟩）は、ハドロン化時刻に急激に上昇し、遷移付近でピークを示す。これは再結合効果に対する最大の感受性を示している。
• 電荷感受率（⟨Q²⟩ − ⟨Q⟩²)/⟨Nch⟩ には同様のピークが観測されないため、他の感受率と比較して再結合ダイナミクスに対して感受性が低いことが示唆される。
• 感受率比 χQ/χB は、マッピングなしで約 2.3 から約 3.0 に増加し、マッピングありで約 3.8 に上昇。さらにレゾナント崩壊の寄与により約 6.0 にまで上昇する。これは格子QCDのトレンドと整合的である。
• QGP 信号の抑制は、主にハドロン化過程における ⟨Nch⟩ の減少に起因するが、比ベースの観測量では、クォーククラスタリング、ラピディティシフト、レゾナント崩壊が共同して信号の消去を引き起こしている。
• 感受率比に関して格子QCDの結果とモデルが整合していることから、qMD モデルが部分子的からハドロン的状態への遷移を妥当にモデル化できており、実験で観測されない QGP フラクチュエーション信号の原因を説明できる。