[论文解读] The impact of dissipation and noise on fluctuations in chiral fluid dynamics

Marlene Nahrgang, C. Herold+3 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2011

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

该论文构建了一个与线性σ模型中组成夸克的随机Langevin方程耦合的相对论流体动力学模型，显式地保持了能量和动量守恒。研究表明，一阶手征相变会因过冷和再加热效应，导致显著增强的非平衡涨落——其强度远超临界点情形——在弛豫过程中，软σ模的强度增加了数个数量级。

ABSTRACT

We investigate the nonequilibrium evolution of the sigma field coupled to a fluid dynamic expansion of a hot fireball to model the chiral phase transition in heavy-ion collisions. The dissipative processes and fluctuations are allowed under the assumption that the total energy of the coupled system is conserved. We use the linear sigma model with constituent quarks to investigate the effects of the chiral phase transition on the equilibration and excitation of the sigma modes. The quark fluid acts as a heat bath in local thermal equilibrium and the sigma field evolves according to a semiclassical stochastic Langevin equation of motion. The effects of supercooling and reheating in a first order phase transition are observed when the sigma field relaxes to equilibrium with the quark fluid. Nonequilibrium fluctuations at the first order phase transition lead to an increase in the intensity of sigma fluctuations in comparison to a scenario with a critical point.

研究动机与目标

• 在重离子碰撞中，通过真实能量和动量守恒，建模手征相变的非平衡动力学。
• 研究耗散和噪声如何影响相变过程中σ场的涨落。
• 比较一阶相变与临界点情形下非平衡涨落的强度。
• 评估在动力学、膨胀介质中平衡信号的存活能力。

提出的方法

• σ场通过一个半经典的随机Langevin方程演化，摩擦和噪声项由与夸克流热库的耦合导出。
• 夸克流被建模为具有能量-动量守恒的理想相对论流体，通过流体方程中的源项包含反作用力。
• 系统使用二维晶格上的有限差分数值方案演化，边界条件为周期性，并利用快速傅里叶变换进行动量空间分析。
• 有效势和σ质量为温度相关，质量通过平均温度处的曲率定义。
• 初始条件设定σ场与夸克流在高温初始态下处于热平衡。
• 通过动量区间内σ场的强度和与平衡的偏离程度来量化涨落。

实验结果

研究问题

• RQ1 耗散和噪声如何影响手征相变过程中σ场的弛豫和涨落动力学？
• RQ2 在动力学、膨胀介质中，临界点处的平衡信号能存活多大程度？
• RQ3 如过冷和再加热等非平衡效应如何影响一阶相变中σ涨落的强度？
• RQ4 一阶相变与临界点情形下非平衡涨落的相对强度如何？

主要发现

• 在一阶相变情景中，σ涨落强度在膨胀过程中显著增强，约在t = 6 fm时达到峰值，这是由于过冷和随后的弛豫所致。
• 一阶情景下涨落强度明显大于临界点情景，与平衡的偏离达到更高的振幅。
• 在弛豫之前，涨落强度曲线上出现一个肩峰，对应于相变过程中夸克流的再加热。
• 系统表现出明显的过冷和再加热动力学，σ场滞后于流体温度的演化。
• 一阶情况下零模和低动量涨落被增强，表明软π介子的相干产生。
• 在临界点情景中，涨落强度在t = 6 fm处出现次级峰值，但其振幅远小于一阶情况。