[論文レビュー] The Color Glass Condensate and Glasma

Larry McLerran|ArXiv.org|Apr 10, 2008

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、量子色力学（QCD）における高エネルギー密度物質の主要な形態として、カラーラスコンデンサート（CGC）とグルーマ（Glasma）を紹介する。CGCは、高エネルギーのハドロンにおける凝集的かつ飽和したグルーオン状態として特徴づけられ、衝突後に形成されるグルーマは一時的で強いフラクチュエーションを示す場の相である。CGCの高グルーオン密度は、古典的で凝集的な場を生じさせ、それがグルーマに進化する。グルーマはトポロジカル不安定性とインフレーション的ダイナミクスに類似した量子フラクチュエーションを示し、最終的にクォーカー＝グルーオンプラズマへの熱平衡化を引き起こす。

ABSTRACT

These two lectures concern the Color Glass Condensate and the Glasma. These are forms of matter which might be studied in high energy hadronic collisions. The Color Glass Condensate is high energy density gluonic matter. It constitutes the part of a hadron wavefunction important for high energy processes. The Glasma is matter produced from the collision of two high energy hadrons. Both types of matter are associated with coherent fields. The Color Glass Condensate is static and related to a hadron wavefunction where the glasma is transient and evolves quickly after a collision. I present the properties of such matter, and some aspects of what is known of their properties.

研究の動機と目的

• ハドロン波動関数の高エネルギー極限としてのカラーラスコンデンサート（CGC）を記述すること。これは、飽和的で凝集的なグルーオン場によって特徴づけられる。
• 高エネルギーハドロン衝突直後に形成される一時的で強いフラクチュエーションを示す場の相としてグルーマを導入すること。
• グルーマの量子フラクチュエーションと、特に準位面内および準位面外モードの増幅に特化した宇宙論的インフレーション機構との関連を確立すること。
• グルーマにおけるトポロジカル励起状態とCP対称性を破る場が、QCDにおけるバリオン数の破壊および質量生成に果たす役割を明らかにすること。
• CGCにおける凝集的場が、不安定で急速に速さに依存するフラクチュエーションを通じてクォーカー＝グルーオンプラズマへと進化する理論的枠組みを提示すること。

提案手法

• グルーオン占有数が大きく、量子場が古典的になる高密度・弱結合極限において、古典ヤン・ミルズ方程式を用いてCGCをモデル化する。
• 飽和運動量スケール $ Q_{\text{sat}} $ を用いてグルーオンの位相空間密度を特徴づけ、$ x $ が小さい領域では $ dN/d^2p_Td^2r_Tdy \sim 1/\alpha_S $ となる。
• 光源項 $ J^+ = \delta(x^-)\rho(x_T) $ から導かれる光円錐境界での不連続性を持つゲージ場配置を用いて、グルーマにおける色電場および磁場の解を構築する。
• 高グルーオン占有数ゆえに、弱結合でも古典的で凝集的場としてのCGCを記述する対応原理を適用する。
• 非ゼロの $ \vec{E} \cdot \vec{B} $ を持つ場配置を分析し、これはトポロジカル電荷を運び、スピン対称性の破れおよび異常質量生成と関連している。
• グルーマの不安定性をワイベル型不安定性を用いて分析し、$ 1/Q_{\text{sat}} $ のスケールで成長し、系の急速な熱平衡化および等方化を引き起こす。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCDの高エネルギー極限は、ハドロン波動関数における凝集的かつ飽和したグルーオン場としてどのように現れるか？
• RQ2 高エネルギーハドロン衝突直後に形成されるグルーマ相の動的性質は何か？
• RQ3 初期CGC波動関数の量子フラクチュエーションが、どのようにグルーマにおける巨視的構造に増幅され、宇宙論的インフレーションと類似するか？
• RQ4 非ゼロの $ \vec{E} \cdot \vec{B} $ を持つトポロジカル励起状態は、グルーマおよびバリオン数の破壊や質量生成において果たす役割は何か？
• RQ5 グルーマにおける速さに依存するおよび依存しないフラクチュエーションは、重イオン衝突データにおける観測可能な相関にどのように寄与するか？

主な発見

• カラーラスコンデンサートは、$ x $ が小さい領域において、位相空間密度が $ dN/d^2p_Td^2r_Tdy \sim 1/\alpha_S $ で飽和する高密度で凝集的なグルーオン状態であり、古典的場配置を形成する。
• グルーマは、衝突直後に形成される一時的で不安定な場の相であり、非ゼロの $ \vec{E} \cdot \vec{B} $ を持つ強い縦方向の色電場および磁場によって特徴づけられる。
• グルーマにおけるワイベル型不安定性は、$ 1/Q_{\text{sat}} $ のスケールで成長し、系の急速な等方化および熱平衡化を引き起こす。
• 初期CGC波動関数の量子フラクチュエーションは、これらの不安定性によって増幅され、宇宙論における原始フラクチュエーションのインフレーション的増幅に類似している。
• グルーマにおける速さに依存しない、準位面外のフラクチュエーションは、前方・後方相関および二粒子相関関数で観測される「リッジ」構造の原因である可能性がある。
• 非ゼロの $ \vec{E} \cdot \vec{B} $ を持つトポロジカルグルーマ場は、異常質量生成およびカイラル対称性の破れに関連しており、可視物質の質量の起源を説明する可能性を秘めている。