[论文解读] Susceptibilities of Conserved Charges within a Modified Nambu-Jona-Lasinio Model

Wenkai Fan, X. Luo+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2016

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

本研究提出了一种改进的三味Nambu-Jona-Lasinio（NJL）模型，引入温度与凝聚能依赖的耦合，以更准确地再现零重子化学势下的格点QCD结果。利用该模型，作者计算了整个QCD相图上重子数、电荷与奇异数的关联率，发现重子数涨落在冻结-out线上表现出非单调的能量依赖性，与STAR实验数据一致，提示临界点物理可能解释了观测到的净质子涨落。

ABSTRACT

We evaluate the $2$nd to $4$th order baryon, charge and strangeness susceptibilities near a chiral critical point using the Nambu--Jona--Lasinio model under different temperature and baryon chemical potential. Baryon number susceptibilities are found to be of the greatest magnitude, offering the strongest signal. Whereas the strangeness susceptibilities have the smallest divergence dominating area, owing to the large strange quark mass. We also make an attempt to compare our results with experiment data. The trend at high collision energy are found to be consistent between theory and experiment. The model calculation predicts more complex behavior at low collision energies, near the postulated critical end point.

研究动机与目标

• 开发一种改进的NJL模型，以准确再现有限温度与零重子化学势下格点QCD对手征凝聚能的结果。
• 在有限温度与重子化学势下，计算守恒荷——重子数、电荷与奇弽数——在整个QCD相图上的关联率。
• 研究这些关联率沿从重离子碰撞数据提取的化学冻结-out线的能量依赖性。
• 评估奇异夸克化学势对涨落模式的影响。
• 将模型预测与实验数据进行比较，特别是与STAR实验观测到的净质子涨落的非单调行为进行对比。

提出的方法

• 通过引入依赖于夸克凝聚能的四费米子耦合，对原始NJL拉格朗日量进行修改，灵感来自算符乘积展开（OPE）技术。
• 自洽地更新夸克传播子，以包含来自凝聚能的反馈，从而在μB=0与有限T下提升与格点QCD数据的一致性。
• 通过热力学势的导数计算关联率：χB(2) = ∂²Ω/∂μB²，χB(4) = ∂⁴Ω/∂μB⁴，以及电荷与奇弽数的相关表达式。
• 通过参数拟合实验数据，重构冻结-out线，以再现重离子碰撞中观测到的化学冻结-out条件。
• 从比值 m₂(B) = T²χB(4)/χB(2) 推导出峰度（κσ²）的能量依赖性，并与实验测量结果进行比较。
• 通过改变μs相对于μu,d的值，检验奇异夸克化学势的作用，结果表明其对结果影响极小。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有反馈依赖耦合的改进NJL模型是否能再现有限温度与零重子化学势下格点QCD对手征凝聚能的结果？
• RQ2 在有限T与μB下，重子数、电荷与奇弽数的关联率如何随QCD相图变化？
• RQ3 在NJL模型中，重子数涨落的能量依赖性沿冻结-out线是否表现出非单调趋势，与STAR实验的净质子数据相似？
• RQ4 奇异夸克化学势对守恒荷涨落模式有何影响？
• RQ5 模型预测与零化学势下的强子共振气体（HRG）模型及实验数据相比如何？

主要发现

• 改进的NJL模型成功再现了有限温度与零重子化学势下格点QCD对手征凝聚能的结果，验证了其在有限μB外推中的适用性。
• 重子数关联率在数值上最大，而奇弽数关联率因奇异夸克质量较大而表现出最小的发散。
• NJL模型中峰度m₂(B)的能量依赖性沿冻结-out线表现出非单调趋势，定性上与STAR实验观测到的净质子涨落非单调行为一致。
• 奇异夸克化学势对关联率的影响微弱，与其中大质量和低丰度一致。
• 该模型预测在低温与零化学势下，m₂(B) → 1/9，与HRG模型的m₂(B) → 0及PNJL模型的m₂(B) → 1不同，表明NJL框架中存在非禁闭动力学的特征。
• NJL模型与实验在低能区m₂(B)的差异提示，测量低于几GeV的碰撞能量下m₁(B)与m₂(B)可验证模型有效性，并探测夸克禁闭效应。