[论文解读] Thermalization of dense hadronic matter in Au + Au collisions at the energies available at FAIR

Somnath De, Sudipan De+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

本研究利用UrQMD输运模型，研究了在FAIR能量（10–40 A GeV）下中心Au+Au碰撞形成的致密强子物质中的热化 timescale。结果表明，局部热力学平衡在约1–2 fm/c内达成，压力各向异性和能量谱热化几乎同时发生，且在30 A GeV时熵演化与理想流体动力学极为相似，表明致密重子物质表现出流体行为。

ABSTRACT

The conditions of local thermodynamic equilibrium of baryons (non-strange, strange) and mesons (strange) are presented for central Au + Au collisions at FAIR energies using the microscopic transport model UrQMD. The net particle density, longitudinal-to-transverse pressure anisotropy and inverse slope parameters of the energy spectra of non-strange and strange hadrons are calculated inside a cell in the central region within rapidity window $|y| < 1.0$ at different time steps after the collision. We observed that the strangeness content is dominated by baryons at all energies, however contribution from mesons become significant at higher energies. The time scale obtained from local pressure (momentum) isotropization and thermalization of energy spectra are nearly equal and found to decrease with increase in laboratory energy. The equilibrium thermodynamic properties of the system are obtained with statistical thermal model. The time evolution of the entropy densities at FAIR energies are found very similar with the ideal hydrodynamic behaviour at top RHIC energy.

研究动机与目标

• 确定在FAIR能量下中心Au+Au碰撞产生的致密重子物质中局部热平衡的时间尺度。
• 评估在高重子密度下形成的致密强子物质是否达到流体动力学模型所要求的局部热力学平衡。
• 比较中心快度区非奇异与奇异重子及介子的热化动力学。
• 评估熵密度演化并与理想流体动力学行为进行比较，以推断系统的流体性。
• 在平衡后使用统计热力学模型提取热力学参数（T, μB, μS）。

提出的方法

• 在默认级联模式下使用超相对论量子分子动力学（UrQMD）模型，模拟10A、20A、30A和40A GeV的中心Au+Au碰撞。
• 分析在|y| < 1.0范围内8 fm³单元内净重子密度和介子密度的时间演化、纵向与横向压力各向异性的变化，以及能量谱的反斜率参数。
• 使用压力各向异性比值（P_L/P_T）作为热化起始的代理指标，追踪动量各向同性化过程。
• 追踪能量谱的反斜率参数，以评估粒子动量分布的热化程度。
• 在平衡后应用统计热力学模型，从粒子谱中提取温度（T）、重子化学势（μB）和奇异度化学势（μS）。
• 将熵密度的时间演化与参数化理想流体动力学模型（τ⁻².⁶标度）在√sNN = 200 GeV下的结果进行比较，以评估流体行为特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 在FAIR能量下中心Au+Au碰撞中，致密强子物质的局部热平衡时间尺度是多少？
• RQ2 非奇异与奇异重子及介子的热化时间有何差异？是否存在热化速度的层级关系？
• RQ3 该系统熵密度演化在多大程度上与理想流体动力学行为相似，特别是在高重子密度条件下？
• RQ4 通过统计热力学模型提取的热力学参数（T, μB, μS）与经验冻结-out关系相比如何？
• RQ5 剪切黏滞系数与熵密度之比（η/s）是否影响观察到的流体行为？其随束流能量的变化如何？

主要发现

• 在中心区域，局部热力学平衡在约1–2 fm/c内达成，压力各向异性（P_L/P_T）趋近于1。
• 压力各向同性化与能量谱热化（通过反斜率参数衡量）的时间尺度几乎相同，奇异重子相比非奇异重子存在约0.5 fm/c的延迟。
• 净重子密度在30–40 A GeV时达到峰值，所有能量下奇异度主要由重子贡献，但在较高能量下介子（K介子）贡献显著。
• 在30 A GeV时，熵密度演化与√sNN = 200 GeV下理想流体动力学的τ⁻².⁶标度极为接近，表明系统表现出流体行为。
• 在10 A GeV时，熵密度的减少速度甚至快于理想流体动力学极限，提示η/s比值更低，可能表现出更理想的流体行为。
• 通过统计热力学模型提取的热力学参数（T, μB, μS）与T–μB平面上的经验冻结-out趋势一致。