强相互作用的夸克-胶子等离子体的化学演化

文摘

在非常初期的相对论性重离子碰撞一波又一波的夸克-胶子物质产生强烈的颜色电场的解体,然后在很短的时间内使热化量表(1 fm / c)。然而,夸克-胶子等离子体(QGP)系统远化学平衡,尤其是重夸克应该达到化学平衡多晚了。本文继续夸克的生产图片强烈交互QGP系统推导,利用夸克数量过敏性及状态方程;他们俩都来自计算结果Wuppertal-Budapest晶格量子色协作。我们发现光的密度夸克从温度增加75%兆电子伏,兆电子伏,而奇怪的夸克湮灭掉18%的密度温度区域。我们还提供了一个讨论这么晚夸克的生产如何影响最终charge-charge相关性。

1。介绍

重离子碰撞ultrarelativistic的相对论重离子对撞机(RHIC)和大型强子对撞机(LHC)为科学家提供一个独特的机会来调查的性质夸克胶子等离子体(QGP)在实验室,这被认为是一种早期宇宙大爆炸后。在这些碰撞,可以描述,在质量重心体系中重核(CMF)系统作为两个洛伦兹收缩煎饼。大部分的重子预计将带走后退煎饼,在碰撞的地区大型能量沉积夸克和胶子的形式(1,2]。大量quark-antiquark对将产生强烈的颜色的解体电场之间建立两个后退煎饼,当能量大于对生产领域的阈值(3- - - - - -5]。新生儿的选民之间的碰撞是暴力足以推动初始碰撞产品新deconfined夸克-胶子等离子体在短时间尺度,(fm / c ~ 1) (6]。最初的QGP胶子丰富而迅速使热化。但完整的化学平衡将需要更长的时间。夸克,化学平衡的速率远低于胶子,因为相关的量子色横截面较小的2 - 3倍(7,8]。另一个进程的夸克是s夸克的生产制作,后期将达到5 - 10 fm / c在当地温度下降到接近160伏(9]。

夸克后期生产可以将产生重大影响的指控和调查通过平衡功能之间的相关性(10]。后期生产夸克导致平衡函数的宽度小,因为后来的费用产生,加强集体流将在动量空间约束的指控。在[11),普拉特平衡函数的理论延伸到场景中涉及两个摇夸克的生产。第一波发生在第一个fm / c的碰撞当胶子使热化成夸克-胶子等离子体(QGP)和第二波在hadronization随之而来,5 - 10 fm / c,大约等熵膨胀后,大约节约夸克的数量(11]。然而这个规范的照片QGP的演变在高能重离子碰撞仍过于简单化。原则上,quark-antiquark双的数量可以调整不断完整的化学平衡的时候。这一次可能发生晚;例如,对于陌生对,多发生在5 - 10 fm / c的饱和后碰撞(9]。

实验结果迄今为止表明,可用热量子色物质展品健壮的流动现象,这是很好,一直被近乎理想的相对论性流体动力学(1,12]。这引起了猜疑的适用性的微扰量子色热在地区的温度和密度问题。占nonperturbative效果,晶格量子色提供了一种可靠的方法。数值模拟晶格量子色热力学的精度达到前所未有的水平。Wuppertal-Budapest晶格量子色协作计算2 + 1的量子色状态方程交错的味道(13]。他们大的结果跟踪异常暗示强烈相互作用的系统,而不是弱相互作用的帕顿气体系统。对于强相互作用的系统,这是一个巨大的挑战直接计算夸克的数密度。然而,晶格量子色提供技术与高精度计算夸克数量脆弱的感情(14]。在古典弱相互作用气体极限下,对角二次易感性与夸克的数量密度相关。这提供了一种可能性来推断夸克胶子物质的化学成分在强烈相互作用的区域。虽然成分之间的相互作用的夸克-胶子系统温度不够弱,硬热循环(HTL)微扰理论激励和证明弱相互作用的准粒子的照片在这个地区的温度。在准粒子模型中,组分之间的相互作用是准粒子编码质量和巨大的内部像一个自由气体成分。Plumari等人进一步获得准粒子模型能够再现脆弱的感情通过夸克和胶子群众,来自HTL形式主义(15]。

在本文中,我们尝试使用的脆弱的感情计算晶格量子色调查夸克的数量密度的进化。夸克-胶子的扩张,促进不变的组合纵向扩张和圆柱对称的横向扩张被认为是。状态方程(EOS)从晶格量子色的结果(13是用于我们的水动力计算。本文的其余部分组织如下。节2中,我们将描述这项工作中所使用的计算方法。节3,我们将继续我们的结果,夸克后期生产图片和讨论。最后,我们将给出摘要和结论部分4。

2。计算方法

一个系统的热平衡(巨正则系综)的特点是它的分区功能, 在哪里的哈密顿系统和分别是守恒的指控和化学势。三个夸克味道,这些都是陌生,重子数,和电荷或等价于三个夸克口味:下来,奇怪。在这项工作中,我们专注于夸克脆弱的感情。所以表示(净)的夸克和数量是相应的化学势。均值和协方差然后用衍生品的配分函数来表示对适当的化学势, 在哪里。介绍了脆弱的感情 对角线脆弱的感情,,是一个测量系统的波动,而非对角的脆弱的感情,,描述之间的相关性守恒的指控和。

我们假设弱相互作用的夸克胶子物质可以描述夸克-胶子准粒子气体和进一步忽视小相关性由于量子统计的百分之一的顺序考虑温度(16,17]。因此,波动的(净)数量的夸克,给出的 自和对于理想气体,是夸克和反夸克的数量的总和的味道吗。的味道,可以轻夸克和奇怪的夸克。用(4)(2),我们可以联系定义的相应的对角脆弱的感情(3): 正如上面提到的,脆弱的感情,调查晶格量子色动力学中的很多模拟。在[14),Borsanyi等人计算在该地区的温度125 - 400伏的味道与物理夸克质量和执行连续外推法去除人工截止的效果。他们的结果呈现在图1。

获得化学成分的演变,我们需要克服的问题如何描述夸克-胶子系统的扩张。在重离子碰撞RHIC和LHC,极小的净电荷量在中央碰撞的速度。为简单起见,我们使用流体动力学与零net-baryon密度来描述系统扩张,这意味着忽视那些小净电荷的影响流体动力学的温度和速度场。我们假设纵向提升不变的扩张和结合圆柱对称在横向的扩张,这是Bjorken图片(18在ultrarelativistic重离子碰撞。在这个方案中,我们可以有两个相关的方程用圆柱坐标控制一个中立系统的扩张QGP的净电荷(免费):

我们有两个独立的变量,和,和三个未知数量的依赖,温度,熵密度和横向流速。为了解决这三个未知的数量,我们需要补充EOS。

我们实现的EOS (13),相关的工程量计算与物理设置一样的用于计算脆弱的感情(14]。在[13)跟踪异常的参数化的温度的函数 在无量纲变量的定义是。表中列出的参数1。计算结果之间的一致性和参数化图所示2。从这个参数化规范化的压力可以通过定积分:

的帮助下跟踪异常的定义,,我们可以有能量密度,声音的速度的平方,: 方声速的数值结果,并给出了压力数据3(一个)和3 (b)。

在数据4(一)和4 (b)我们提出的水动力解决方案(在横向扩张Bjorken缸)QGP系统。在计算中,我们假设初始时间并采取以下初始温度和速度概要文件,在19]: 在哪里和系统的初始温度和横向半径。他们被400伏和7 fm在我们的计算,分别。

一旦进化夸克-胶子系统可用,我们可以推出的演变速度密度夸克的数字,。Bjorken缸,我们从(5) 在哪里是洛伦兹的因素对横向流动。在本文中,我们只关心QGP的化学演化,所以的积分范围是由对于每一个时间。在这里选择是,150伏在[13]。

3所示。结果

我们首先显示在图5夸克的速度密度数据,光和奇异夸克。时间依赖的数密度轻夸克偏离的奇异夸克在早期阶段,当开始偏离略。随着时间的推移迅速来自14.6 fm / c 75%,上升后下降18%,在第1.5 fm / c。这个观察截止调频/ c,因为当时温度到达临界温度兆电子伏定义Wuppertal-Budapest集团(13]。

奇怪的数量比夸克轻夸克的数量是一个重要的化学成分的指示,可以计算使用比率来衡量,在实验中: 系统的近似有效多数组成的,和有相同数量的粒子反粒子。我们的结果如图6。的价值是0.22兆电子伏在夸克-胶子系统终止时在我们的计算。这个值是两倍大于0.09和0.1的值,计算测量在大型强子对撞机的实验(2]在RHIC [20.),分别。这仍然表明,化学成分改变略在强子气体通过奇异粒子湮没,腐烂,和重子湮没21,22]。

夸克的后期生产机制能发挥重要影响charge-charge QGP的相关性。平衡的运动副(夸克和反夸克)生产在同一时空坐标点可以分为集体模式中,由于系统的集体扩张,和扩散模式,由于碰撞与周围介质。一个可以学习的总运动夸克通过重写集体流的扩散运动,可以由水动力计算。在[23),通过覆盖纵向Bjorken流的扩散运动,下列方程charge-charge相关性,推导出: 在这里是扩散的弛豫时间,相对速度,两个粒子的平均速度,,是一个参数的局部散射率。一个可以找到的速度宽度(23]: 乘以(13)在这两个变量和集成。在这里是由 宽度是由时间吗创建费用,时间指控冻结的扩散,和当地的散射率。

当地的散射率特征的能力恢复当地的平衡细胞来源。通常一个系统由一个nuclei-nuclei碰撞更高CMF能量更大因为它有一个更大的地方密度和更高的温度。的样本三个选择所示的函数在图7。费用在以后创建的扩散与更小的宽度。的原因之一是,创建了后来的指控,他们受制于集体流。另一方面,扩散时间后创建的指控是较小的。对于一个固定的的价值,对于一个大更小。这是因为平衡对与一个更大的局部散射源细胞率难以扩散。

可以预计,有以下积分形式主义关于时间因为连续创造或毁灭的指控: 在哪里描述了规范化的概率指控扩散远离彼此的距离在时间给他们创造。一般来说,通过求解扩散方程可以确定。这里我们假设的扩散平衡指控有Gaussian-like结构: 在哪里计算(14)。

的速度宽度定义: 系统与当地不同的散射率有不同速度的宽度。在图8,我们的阴谋的作为当地的散射率的函数,。符号三角形和正方形的奇异夸克和轻夸克的相关性。的宽度有一个更大的依赖当地的散射率比。这是因为奇异夸克湮灭掉18%,轻夸克在QGP的发展增加了75%。

不同的依赖性在奇怪的夸克和轻夸克之间将出现在最终粒子的相关性在实验中,如果QGP的相关性是不洗的过程。因为的相关性进行相关的奇怪的夸克,平衡的功能应该少依赖中心比平衡的功能。这是符合发现平衡功能在RHIC实验(24]。

4所示。总结

在本文中,我们计算化学成分的演变2 + 1的夸克-胶子系统交错夸克风味,使用对角线夸克过敏性及数量计算出的EOS Wuppertal-Budapest组。我们的研究结果表明,夸克的光的数量增加了75%,而对于奇异夸克在考虑温度下降18%。

在工作中继续生产张照片是用于计算收费。这继续,后期生产机制将产生重大影响电荷守恒的相关性。奇怪的粒子的相关性也不那么依赖中心比强子光夸克组成的。这可以通过调查测试功能粒子物种之间的平衡。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

中州。锅要感谢美国普拉特博士访问时的盛情款待和非常有用的讨论在2011年在密歇根州立大学。这项工作是由中国国家自然科学基金支持下批准号11275037。

引用

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