[論文レビュー] Transport coefficients of hadronic matter in a van der Walls hadron resonance gas model

Ranjita K. Mohapatra, Hiranmaya Mishra+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2019

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、弛退時間近似におけるファンデルワールスハドロンレゾナンスガス（VDW HRG）モデルを用いて、高温のハドロン物質のせん断 viscosity と体積 viscosity を推定している。反発的（除外体積）および引力的（ファンデルワールス）相互作用を組み込んだモデルであり、η/s と ζ/s が除外体積HRG（EV HRG）に比べて常に低く、エントロピー密度が高いためである。また、化学的冻结断曲線上での引力パラメータの非自明な変化が、体積 viscosity の挙動に顕著な影響を与えることが明らかになった。

ABSTRACT

We estimate the transport coefficients like shear and bulk viscosities of hot hadronic matter in van der Walls hadron resonance gas ( VDW HRG ) model in the relaxation time approximation. We also have compared these results with excluded volume hadron resonance ( EV HRG ) calculations. $η/s$ decreases as the temperature of the hadronic system increases at a fixed baryon chemical potential. $η/s$ in VDW HRG is always less than that of EV HRG case due to the large entropy density in VDW HRG compared to EV HRG case. At a fixed chemical potential, $ζ/s$ in VDW HRG is also less than that of EV HRG case. We also have estimated these transport coefficients along the freezeout curve. There is an increase in chemical freezeout temperature in VDW HRG case determined from the universal condition $E/N =ε/n \sim 1$ $GeV$. We also have calculated the variation of attraction parameter along the freezeout curve $E/N =ε/n \sim 1$ $GeV$ keeping the freezeout parameters same as in ideal HRG and the repulsion parameter fixed. We observe a nontrivial variation of attraction parameter along the freezeout curve where it increases in the meson dominated region and decreases in the baryon dominated region along the chemical freezeout curve. $η/s$ in EV HRG is always large than that VDW HRG along the freezeout curve. This is also true for $ζ/s$.

研究の動機と目的

• 高温のハドロン物質のせん断 viscosity と体積 viscosity の輸送係数を、ファンデルワールスハドロンレゾナンスガス（VDW HRG）モデルで推定すること。
• この viscosity を、反発的相互作用のみを含む除外体積HRG（EV HRG）モデルのものと比較すること。
• 引力的および反発的相互作用がエントロピー密度および輸送係数に与える影響を調査すること。
• 特にε/n ≈ 1 GeVの条件下で、化学的凍結断曲線上における輸送係数の挙動を分析すること。
• VDW HRGモデルにおける引力パラメータが凍結断曲線上でどのように変化するかを調査し、特にメソンおよびバリオン優勢領域での挙動を検討すること。

提案手法

• VDW HRGモデルは、ハドロン間のハードコア反発（除外体積）とファンデルワールス型引力を組み込み、臨界温度付近での lattice QCD データとの整合性を向上させている。
• 輸送係数（せん断 viscosity と体積 viscosity）は、分布関数が温度依存の弛退時間に従って平衡状態へ指数関数的に緩和する弛退時間近似を用いて計算されている。
• エントロピー密度は、有限なハドロンサイズとハドロン間引力を考慮した VDW HRG のグランドカノニカル分配関数から計算されている。
• 化学的凍結断曲線は条件 ε/n ≈ 1 GeV で定義され、この曲線上で理想HRGの凍結断パラメータと整合性を持つように引力パラメータを調整している。
• VDW HRGモデルの2つのバリエーションを検討した：VDW HRG 1（引力／反発パラメータを固定）と VDW HRG 2（ε/n ≈ 1 GeV を満たすように引力パラメータを凍結断曲線上で変化させる）。
• 粘度とエントロピー密度の比（η/s と ζ/s）は、異なるバリオン化学ポテンシャルおよび温度で評価され、VDW HRG と EV HRG、理想HRGモデルと比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VDW HRGモデルにおけるせん断 viscosity と体積 viscosity は、EV HRGモデルと比べてどのように異なるか、特にη/s と ζ/s の比の観点から。
• RQ2 ファンデルワールス引力を含めることで、高温のハドロン物質におけるエントロピー密度および輸送係数にどのような影響が生じるか。
• RQ3 VDW HRGモデルにおける引力パラメータは、化学的凍結断曲線上でどのように変化するか。また、その変化が体積 viscosity に与える影響は何か。
• RQ4 なぜVDW HRGにおけるη/sは、凍結断曲線上でEV HRGよりも常に低く保たれるのか。エントロピー密度の違いとどのように関係しているか。
• RQ5 VDW HRG 2における引力パラメータの非自明な変化は、凍結断曲線上におけるζ/sの温度依存性にどのような影響を与えるか。

主な発見

• VDW HRGモデルにおけるη/sは、エントロピー密度が高いため、EV HRGモデルよりも常に低く、固定されたバリオン化学ポテンシャル下で温度が上昇するにつれて減少する。
• 同じバリオン化学ポテンシャルにおいて、VDW HRGにおけるζ/sはEV HRGに比べて低く、主にVDW HRGのエントロピー密度が高いためである。
• 化学的凍結断曲線（ε/n ≈ 1 GeV）に沿って、VDW HRGモデルは理想HRGモデルよりも高い凍結断温度を予測している。これは、エネルギー密度が数密度に対してより速く減少するためである。
• VDW HRG 2では、メソン優勢領域（μB < 300 MeV）で引力パラメータが増加し、バリオン優勢領域（μB > 300 MeV）で減少する。これはハドロン組成の変化を反映している。
• EV HRGはVDW HRGの2つのバリエーションに比べて、エントロピー密度が低いため、η/s と ζ/s がともに大きい。
• VDW HRG 2における引力パラメータの非自明な変化は、ζ/sの温度依存性に非単調で非自明な依存性をもたらし、EV HRG や VDW HRG 1には見られない。