[論文レビュー] The Quark Gluon Plasma and The Color Glass Condensate: 4 Lectures

Larry McLerran|ArXiv.org|Nov 3, 2003

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、RHICにおける重イオン衝突で探査される2つの新しい物質状態、クォークグルーオンプラズマ（QGP）とカラーレンズコンデンサート（CGC）の基礎的導入を提供する。QGPは、高エネルギー密度下でクォークとグルーオンの脱コンfinementによって生じるが、CGCは、源場のガウス分布関数を有する古典的統計場理論のレノルマル化群（RG）の進化によって、高エネルギー極限における高密度グルーオン物質を記述する。この理論的枠組みは、ポテンシャルのない量子拡散を引き起こし、結果として迅速性に依存する物理的観測量が得られる。

ABSTRACT

The purpose of these lectures is to provide an introduction to the physics issues which are being studied in the RHIC heavy ion program. These center around the production of new states of matter. The Quark Gluon Plasma is thermal matter which once existed in the big bang which may be made at RHIC. The Color Glass Condensate is a universal form of matter which controls the high energy limit of strong interactions. Both such forms of matter might be produced and probed at RHIC.

研究の動機と目的

• 高エネルギー重イオン衝突によって生成される、クォークとグルーオンが脱コンfinement状態となった物質としてのクォークグルーオンプラズマ（QGP）の理論的枠組みを導入すること。
• 強い相互作用の高エネルギー極限を支配する普遍的で高密度な物質としてのカラーレンズコンデンサート（CGC）の概念を構築すること。
• CGCが源場ρを有する古典的統計場理論として記述され、その重み関数F[ρ]がレノルマル化群（RG）方程式によって進化することを説明すること。
• CGC枠組みにおけるRG進化の役割を確立し、ポテンシャルの不在が量子拡散を引き起こし、迅速性に依存する物理的観測量を生じることを示すこと。
• CGCの理論的構造を物性論的側面と結びつけ、特に小x物理学に関連づけ、高エネルギー散乱における有効理論の一貫性を構築する近似解を得ること。

提案手法

• QGPは、核物質密度を超えるエネルギー密度で形成される、クォークとグルーオンの脱コンfinement状態としてモデル化され、短距離における漸近的自由性によって支配される性質を持つ。
• CGCは、源場ρを有する古典的統計場理論として定式化され、有効作用には色電荷の分布を記述する重み関数F[ρ]が含まれる。
• 縦方向の運動量カットオフΛ⁺を変化させることで、レノルマル化群（RG）の進化を実装し、Λ⁺とΛ⁺′の間の高運動量モードを統合する。
• RG進化は、重み関数e^{-F[ρ]}のシュレーディンガー型方程式を生成し、そのハミルトニアンH(ρ, d/dρ)は2次形式で、実数かつ半正定値である。このハミルトニアンは、迅速性y = ln(Λ⁺/Λ⁺′)に沿った進化を支配する。
• ハミルトニアンにポテンシャルがないことにより、量子拡散が生じ、波動関数が迅速性にわたって広がり、基底状態への収束が妨げられる。
• 得られるダイナミクスは、既知の小x物理学の物性論的特徴を再現し、RG方程式は近似的に解かれ、高エネルギー散乱のための一貫した有効理論が構築される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォークグルーオンプラズマは、高エネルギー重イオン衝突においてどのように脱コンfinement状態の物質として出現するのか？
• RQ2 高エネルギー密度における普遍的物質としてのカラーレンズコンデンサートの理論的構造は何か？
• RQ3 源場の重み関数F[ρ]のレノルマル化群進化が、CGCのダイナミクスをどのように支配するのか？
• RQ4 RGハミルトニアンにポテンシャルがないと、なぜ物理的観測量に持続的な迅速性依存性が現れるのか？
• RQ5 CGC枠組みは、そのRG進化によってどのように既知の小x物理学の特徴を再現できるのか？

主な発見

• クォークグルーオンプラズマは、核物質密度を超えるエネルギー密度で形成される、クォークとグルーオンの脱コンfinement状態であり、短距離における漸近的自由性によって支配される性質を持つ。
• カラーレンズコンデンサートは、強い相互作用の高エネルギー極限を支配する普遍的で高密度のグルーオン状態であり、源場ρと重み関数F[ρ]を有する古典的統計場理論として特徴づけられる。
• F[ρ]のレノルマル化群進化は、2次形式で実数的かつ半正定値のハミルトニアンHを有するシュレーディンガー型方程式によって支配され、自由度の粗粒度化を記述する。
• ハミルトニアンにポテンシャルがないことにより、量子拡散が生じ、波動関数が迅速性にわたって広がり、小xにおける物理的観測量の非自明な振る舞いを説明できる。
• RG進化方程式は原則として解けるものであり、その解は、飽和スケールや対数補正といった、既知の小x物理学の物性論的特徴を再現する。
• この枠組みは、非摂動的高エネルギーQCDを一貫して記述するものであり、将来の加速器における深エネルギーシンチラシオンとハドロン衝突の記述の可能性を秘めている。