[论文解读] Entropic destruction of a rotating heavy quarkonium

Zi-qiang Zhang, Chong Ma+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2016

Black Holes and Theoretical Physics被引用 6

一句话总结

本文利用全息对偶（AdS/CFT）研究了在 $χ=4$ SYM 理论和规范性 Yang-Mills 理论中，旋转重夸克偶素的熵力驱动其解离的行为。研究发现，随着角速度增加，熵力减小，表明旋转的夸克偶素比静止的更容易解离，这为 RHIC 与 LHC 中观测到的 J/ψ 粒子抑制现象差异提供了一种可能的解释。

ABSTRACT

Using the AdS/CFT duality, we study the destruction of a rotating heavy quarkonium due to the entropice force in $\mathcal{N}=4$ SYM theory and a confining YM theory. It is shown that in both theories increasing the angular velocity leads to decreasing the entropic force. This result implies that the rotating quarkonium dissociates harder than the static case.

研究动机与目标

• 研究强耦合规范理论中角速度对旋转重夸克偶素熵力的影响。
• 解释实验上观测到的在 RHIC（较低能量密度）中 J/ψ 粒子抑制更强，而在 LHC（较高能量密度）中抑制更弱的现象，这与标准德拜屏蔽预期相反。
• 将先前对静态夸克偶素熵力的全息研究扩展到旋转情形，利用 AdS/CFT 对偶。
• 在 $χ=4$ SYM 理论和一个规范性 YM 理论中进行分析，以检验角速度效应在不同理论中的鲁棒性。
• 提出一种新机制——角速度依赖的熵力，用于解释高能核碰撞中夸克偶素的增强解离。

提出的方法

• 利用 AdS/CFT 对偶，将强耦合的 $χ=4$ SYM 理论和规范性 YM 理论映射到渐近 AdS 时空中的经典引力。
• 使用 Nambu-Goto 作用量描述末端连接在 D-膜上的基本弦，以建模 $Q\bar{Q}$ 势能并计算熵力。
• 通过在弦世界面上引入非平凡的 $\phi(\tau)$ 依赖关系来引入旋转运动，其中 $\phi^\prime$ 表示角速度。
• 从 Nambu-Goto 拉格朗日量推导出守恒的哈密顿密度，利用在 $r = r_c$ 处 $\dot{r} = 0$ 的边界条件，求解 $r(\sigma)$ 的微分方程。
• 通过积分得到的 $\dot{r}(r)$ 计算夸克间距离 $L$，并从终态作用量中评估自由能和熵。
• 数值计算熵力 $F = T \partial S / \partial L$ 随 $L$ 和 $\phi^\prime$ 的变化，以分析角速度依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $\mathcal{N}=4$ SYM 理论中，角速度如何影响旋转重夸克偶素的熵力？
• RQ2 在规范性 Yang-Mills 理论中，熵力是否也随着角速度增加而减小，与 $\mathcal{N}=4$ SYM 情况类似？
• RQ3 角速度依赖的熵力能否解释在 RHIC 中观测到的比 LHC 更强的 J/ψ 粒子抑制？
• RQ4 温度和视界半径在角速度对夸克偶素解离的影响中起什么作用？
• RQ5 在两种理论中，$LT$ 和 $\phi^\prime$ 变化时，$Q\bar{Q}$ 系统的熵如何变化？

主要发现

• 在 $\mathcal{N}=4$ SYM 理论和规范性 YM 理论中，随着角速度 $\phi^\prime$ 增加，熵力 $F = T \partial S / \partial L$ 减小，使得夸克偶素更容易发生解离。
• 在两种理论中，$S^{(1)}/\sqrt{\lambda}$ 对 $LT$ 的关系表现出相似的定性行为，且在较高 $\phi^\prime$ 时斜率更陡，表明熵效应更强。
• 当 $L > c/T$ 时，熵力为 $F^{(2)} = 2T_F \int_{r_h}^{\infty} dr$；当 $L < c/T$ 时，$F^{(1)} = 2T_F \int_{r_h}^{\infty} dr \sqrt{\frac{a(r)b(r)}{a(r)-a(r_c)}}$，其中 $c$ 从 0.252 增加到 0.270，对应 $\phi^\prime$ 从 0 增加到 0.2。
• 数值结果表明，在固定 $L$ 条件下，更高的 $\phi^\prime$ 会降低熵力，意味着旋转的夸克偶素比静态的更容易解离。
• 该结果支持如下观点：LHC 中更高的能量密度导致夸克偶素旋转更强，从而减小熵力，增强解离，因此可解释 RHIC/LHC 中抑制现象的谜题。
• 分析表明，随着角速度增加，系统的有效温度降低，与引力效应减弱和 $r_h$ 减小一致，进一步支持了解离的增强。