[论文解读] Robustness and Consistency of Jet Quenching and Perfect Fluidity in semi Quark Gluon Monopole Plasmas (sQGMP) Produced at RHIC and LHC

Jiechen Xu, Jinfeng Liao+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用 2

一句话总结

本文提出CUJET3.0，一种新型喷射淬灭模型，纳入了接近Tc ≈ 160 MeV的QCD禁闭交叉转变中的非微扰效应，包括夸克/胶子自由度的抑制以及半夸克-胶子-单极子等离子体（sQGMP）中色磁单极子的出现。该模型通过预测在Tc附近喷射淬灭参数  ̂q(E,T)/T³出现峰值，解决了长期存在的RAA与v2矛盾问题，并在(1–2)Tc温度范围内通过η/s ≈ 1/4π实现了喷射淬灭与完美流体行为的一致性。

ABSTRACT

A new model of jet quenching in nuclear collisions, CUJET3.0, is constructed by generalizing the perturbative QCD based CUJET2.0 model to include two complementary non-perturbative features of the QCD confinement cross-over phase transition near $T_c\approx 160$ MeV: (1) the suppression of quark and gluon degrees of freedom and (2) the emergence of chromo-magnetic monopole degrees of freedom. Such a semi-Quark-Gluon-Monopole Plasma (sQGMP) microscopic scenario is tested by comparing predictions of the leading hadron nuclear modification factors, $R^h_{AA}(p_T>10{ m GeV/c},\sqrt{s})$, and their azimuthal elliptic asymmetry $v^h_2(p_T>10{ m GeV/c},\sqrt{s})$ with available data on $h=\pi,D,B$ jet fragments from nuclear collisions at RHIC($\sqrt{s}=0.2$ ATeV) and LHC($\sqrt{s}$=2.76 ATeV). The sQGMP model is shown to solve the long standing $R_{AA}$ vs $v_2$ puzzle by predicting a maximum of the jet quenching parameter field $\hat{q}(E,T)/T^3$ near $T_c$. The consistency of jet quenching with observed bulk perfect fluidity is demonstrated by extrapolating the sQGMP $\hat{q}$ down to thermal energy $E\sim 3 T$ scales and showing that the sQGMP shear viscosity to entropy density ratio $\eta/s \approx T^3/\hat{q}$ falls close to the unitarity bound, $1/4\pi$, in the range $(1-2)T_c$. Detailed comparisons of CUJET2.0 and CUJET3.0 reveal that the remarkably different $\hat{q}(T)$ could be consistent with the same $R_{AA}$ data and could only be distinguished by anisotropy observables. These findings demonstrate clearly the inadequacy of focusing on the jet path averaged quantity $ $ as the only relevant medium property to characterize jet quenching, and point to the crucial roles of other essential factors, such as the chromo electric and magnetic composites of the plasma, the screening masses and the running couplings at multiple scales that all strongly influence jet energy loss.

研究动机与目标

• 解决来自RHIC和LHC的喷射淬灭数据中核修饰因子RAA与椭圆流v2之间长期存在的不一致性。
• 将接近Tc ≈ 160 MeV的QCD禁闭交叉转变的非微扰特征纳入喷射淬灭模型。
• 检验在半夸克-胶子-单极子等离子体（sQGMP）中色磁单极子的出现是否能够调和喷射淬灭与观测到的集体完美流体行为。
• 证明喷射淬灭与集体黏滞系数可由同一微观等离子体模型一致描述。

提出的方法

• 将基于微扰QCD的CUJET2.0模型推广，以纳入接近Tc ≈ 160 MeV的QCD禁闭交叉转变中的非微扰效应。
• 引入两个关键特征：sQGMP态中夸克与胶子自由度的抑制，以及色磁单极子自由度的出现。
• 通过将这些非微扰效应嵌入喷射淬灭框架，构建sQGMP模型以计算喷射淬灭参数  ̂q(E,T)。
• 将π、D和B介子在RHIC与LHC能量下的主导强子RAA与v2预测值与实验数据进行比较。
• 将sQGMP的  ̂q外推至低能标（E ~ 3T），以计算剪切黏滞系数与熵密度之比η/s ≈ T³/ ̂q。
• 利用各向异性观测量（v2）区分CUJET2.0与CUJET3.0，尽管两者对RAA的拟合结果相似。

实验结果

研究问题

• RQ1 在半夸克-胶子-单极子等离子体中引入非微扰色磁单极子自由度，是否能解决喷射淬灭中的RAA与v2矛盾？
• RQ2 在sQGMP模型中，喷射淬灭参数  ̂q(E,T)/T³是否在QCD交叉转变温度Tc ≈ 160 MeV附近出现峰值？
• RQ3 在(1–2)Tc温度范围内，sQGMP模型中的剪切黏滞系数与熵密度之比η/s是否与幺正性边界1/4π一致？
• RQ4 是否可以由CUJET2.0与CUJET3.0同时一致地描述相同的RAA数据，而差异仅通过各向异性观测量揭示？
• RQ5 色电与色磁复合物、多尺度下的屏蔽质量与跑动耦合常数是否在路径平均  ̂q 之外显著影响喷射能量损失？

主要发现

• sQGMP模型预测喷射淬灭参数  ̂q(E,T)/T³在QCD交叉转变温度Tc ≈ 160 MeV附近出现最大值，从而解决了RAA与v2矛盾问题。
• sQGMP模型实现了喷射淬灭与完美流体行为的一致性，η/s ≈ T³/ ̂q在(1–2)Tc温度范围内接近幺正性边界1/4π。
• 尽管对RAA数据的拟合结果相似，CUJET2.0与CUJET3.0对  ̂q(T)行为的预测存在显著差异，仅能通过各向异性观测量（如v2）加以区分。
• 该模型表明，仅关注路径平均  ̂q不足以表征喷射淬灭，因为色磁复合物、多尺度下的屏蔽质量与跑动耦合常数起着关键作用。
• 引入非微扰特征（夸克/胶子抑制与色磁单极子）使得喷射淬灭与集体流体动力学的描述更加一致且物理上更完整。
• sQGMP框架为RHIC与LHC中重离子碰撞下的喷射淬灭与完美流体行为提供了统一的微观解释。