[论文解读] Transport coefficients of hadronic matter in a van der Walls hadron resonance gas model

Ranjita K. Mohapatra, Hiranmaya Mishra+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2019

High-Energy Particle Collisions Research被引用 9

一句话总结

该论文在弛豫时间近似下，利用范德瓦尔斯强子共振气体（VDW HRG）模型估算热强子物质的剪切黏性和体积黏性，同时考虑了排斥性（排除体积）和吸引性（范德瓦尔斯）相互作用。结果表明，由于熵密度更高，VDW HRG中的η/s和ζ/s始终低于仅包含排斥相互作用的排除体积HRG（EV HRG）模型。此外，研究揭示了在化学冻结曲线沿线，吸引参数存在非平凡变化，显著影响体积黏性的行为。

ABSTRACT

We estimate the transport coefficients like shear and bulk viscosities of hot hadronic matter in van der Walls hadron resonance gas ( VDW HRG ) model in the relaxation time approximation. We also have compared these results with excluded volume hadron resonance ( EV HRG ) calculations. $η/s$ decreases as the temperature of the hadronic system increases at a fixed baryon chemical potential. $η/s$ in VDW HRG is always less than that of EV HRG case due to the large entropy density in VDW HRG compared to EV HRG case. At a fixed chemical potential, $ζ/s$ in VDW HRG is also less than that of EV HRG case. We also have estimated these transport coefficients along the freezeout curve. There is an increase in chemical freezeout temperature in VDW HRG case determined from the universal condition $E/N =ε/n \sim 1$ $GeV$. We also have calculated the variation of attraction parameter along the freezeout curve $E/N =ε/n \sim 1$ $GeV$ keeping the freezeout parameters same as in ideal HRG and the repulsion parameter fixed. We observe a nontrivial variation of attraction parameter along the freezeout curve where it increases in the meson dominated region and decreases in the baryon dominated region along the chemical freezeout curve. $η/s$ in EV HRG is always large than that VDW HRG along the freezeout curve. This is also true for $ζ/s$.

研究动机与目标

• 估算范德瓦尔斯强子共振气体（VDW HRG）模型中热强子物质的输运系数（剪切黏性和体积黏性）。
• 将这些黏性与仅包含排斥相互作用的排除体积HRG（EV HRG）模型中的黏性进行比较。
• 研究排斥和吸引相互作用对熵密度和输运系数的影响。
• 分析输运系数沿化学冻结曲线的行为，特别是在ε/n ≈ 1 GeV的条件下。
• 探讨VDW HRG中吸引参数在冻结曲线上的演化，特别是在强子和重子主导区域。

提出的方法

• VDW HRG模型同时引入了硬核排斥（排除体积）和强子间的范德瓦尔斯型吸引，提高了在临界温度附近与格点QCD数据的一致性。
• 输运系数（剪切黏性和体积黏性）通过弛豫时间近似计算，其中分布函数以温度依赖的弛豫时间呈指数形式弛豫至平衡态。
• 熵密度由VDW HRG的配分函数在广义正则系综中计算，考虑了有限强子尺寸和强子间吸引力。
• 化学冻结曲线由条件ε/n ≈ 1 GeV确定，吸引参数沿该曲线调整，以保持与理想HRG冻结参数的一致性。
• 研究了VDW HRG模型的两种变体：VDW HRG 1（固定吸引/排斥参数）和VDW HRG 2（吸引参数沿冻结曲线变化，以保持ε/n ≈ 1 GeV）。
• 在不同重子化学势和温度下，评估了黏性与熵密度之比（η/s和ζ/s），并与EV HRG和理想HRG模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 VDW HRG模型中的剪切黏性和体积黏性与EV HRG模型相比如何，特别是在η/s和ζ/s比值方面？
• RQ2 引入范德瓦尔斯吸引对热强子物质中熵密度和输运系数有何影响？
• RQ3 在VDW HRG模型中，吸引参数沿化学冻结曲线如何变化，其对体积黏性有何影响？
• RQ4 为何VDW HRG中的η/s在整个冻结曲线上始终低于EV HRG，这与熵密度差异有何关联？
• RQ5 VDW HRG 2中吸引参数的非平凡变化如何影响ζ/s沿冻结曲线的温度依赖性？

主要发现

• 在VDW HRG模型中，η/s始终低于EV HRG模型，这是由于熵密度更高，且在固定重子化学势下随温度升高而减小。
• 在相同重子化学势下，VDW HRG中的ζ/s低于EV HRG，主要归因于VDW HRG中更高的熵密度。
• 在化学冻结曲线（ε/n ≈ 1 GeV）上，VDW HRG模型预测的冻结温度高于理想HRG模型，这是由于能量密度相对于数密度下降更快。
• 在VDW HRG 2中，吸引参数在强子主导区域（μB < 300 MeV）增加，在重子主导区域（μB > 300 MeV）减小，反映了强子组成的动态变化。
• 与VDW HRG两种变体相比，EV HRG中的η/s和ζ/s更大，这是由于仅存在排斥相互作用导致EV HRG中熵密度更低。
• VDW HRG 2中吸引参数沿冻结曲线的非平凡变化导致ζ/s呈现非单调、非平凡的温度依赖性，而这种行为在EV HRG和VDW HRG 1中均不存在。