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高能物理的发展
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高能物理的发展/2020年/文章

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体积 2020年 |文章的ID 2453476 | https://doi.org/10.1155/2020/2453476

•阿卜杜勒•纳赛尔陶菲克,穆罕默德•马赫a . h . El-Kateb莎拉作为礼尚往来, ”Deconfinement和淘汰边界平衡热模型”,高能物理的发展, 卷。2020年, 文章的ID2453476, 8 页面, 2020年。 https://doi.org/10.1155/2020/2453476

Deconfinement和淘汰边界平衡热模型

•阿卜杜勒•纳赛尔陶菲克,1,2 默罕默德·马赫,3 a . h . El-Kateb,3 和 莎拉作为礼尚往来3

1埃及的尼罗河大学理论物理中心(ECTP) Juhayna th-july-corridor 26日广场,12588吉萨金字塔,埃及

2歌德大学理论物理研究所(ITP) Max-von-Laue-Str。1,d - 60438法兰克福,德国

3以往大学理学院物理系,11795是以往,埃及

客座编辑:Jajati k Nayak
收到了 09年10月2019年
接受 2020年1月28日
发表 2020年2月24日

文摘

在不同的方法中,temperature-baryon量子色物质的密度平面deconfinement和化学研究淘汰边界。从各种重离子实验结果与最近的晶格模拟相比,有效QCD-like Polyakov linear-sigma模型,和平衡热模型。沿整个淘汰边界,那里是一个很好的协议之间的热模型计算和实验。热模型的计算也同意与估计的推导linear-sigma模型(PLSM)。重子的密度较低或高的能量,deconfinement和化学淘汰边界可能重合,因此,与晶格模拟的协议变得优秀,在大型重子的密度,这两个边界成为区分形成阶段,强子和夸克-胶子等离子体可能共存。

1。介绍

强相互作用的物质在极端条件下的特征是不同阶段和不同类型的相变1]。强子阶段,稳定重子建立一个伟大的宇宙的一部分,整个日常生活,是一个众所周知的阶段。在高温和/或密度,其他阶段出现。例如,这样的温度在几兆电子伏,手性对称性恢复和deconfinement转变发生,夸克和胶子推测自由移动几乎在颜色的阶段被称为夸克-胶子等离子体(QGP) [2]。在低温下但密度大,强子(重子的)物质形成紧凑的星际对象(如中子星是不容置疑地观察到传统的方式,和最近,引力波的中子星合并已发现,以及[3]。在更高的密度,极端的星际物体如夸克星也猜测(4]。在晶格量子色动力学(量子色),不同订单的手性和deconfinement过渡特征,特别是在低重子密度。

重离子碰撞实验的项目可以追溯到1980年代初。过去(AGS、SIS和SPS),当前(RHIC和LHC),和未来设施(公平和NICA)帮助回答基本问题的热力学强烈相互作用的物质和在平面映射出temperature-baryon密度(2]。QGP的明确证据的形成是一个伟大的经验成就的例子5,6]。碰撞核推测形成一个火球冷却的快速扩张,最后hadronizes成单个不相关的强子。当前脚本关注temperature-baryon密度平面,具体hadron-QGP边界附近,在平衡热模型的框架7]。为此,我们提出一个基本假设两个方向,hadron-QGP和QGP-hadron阶段的方式允许(8]。换句话说,图像绘制到目前为止似乎根本冲突的时间箭头。时间之箭的概念防止反方向,尤其是自由度的变化或熵不遵循因果关系原则,热力学第二定律。统计热方法管用deconfinement和化学淘汰边界附近(2,9]。这可能是理解的任意小的热性质高度纠缠火球州的一部分。本征态后热化假说(8,10),相应的概率分布的这些国家仍然是热的投影。我们遵循的线热模型复制的粒子收益率和强子物质的热力学性质,包括手性和淘汰的温度。我们比较可靠的晶格量子色模拟计算,一个有效的QCD-like方法,和可用的实验结果。

当前脚本组织如下。节2deconfinement淘汰的方法,介绍了平衡热模型边界。讨论的结果部分3。部分4致力于结论和展望。

2。平衡热模型

推测,强子共振的形成遵循引导图,即。,的hadron resonances or the fireballs are composed of further resonances or fireballs, which in turn are consistent of lighter resonances or smaller fireballs, and so on [11,12]。这样一个系统的热力学量可以推导出的配分函数 理想气体。巨正则系综,这读2,13- - - - - -17] 在哪里 是所有相关的自由度和哈密顿结合 是选民的数量的统计系综。方程(1)可以表示为一个所有强子共振来自最近的一次粒子数据组(PDG) [182)与质量。5 GeV [19]: 其中压力读取 分别和±代表费米子和玻色子。 色散关系和吗 的不安定因素 th粒子(2]。 在哪里 , ,和 重子陌生感,电荷量子数(相应的化学势)的 分别th强子。从现象学的角度来看,重子化学势 可以与核子核子质量重心能量 (20.]: 在哪里 和 。分别的数量和能量密度,可以派生

同样,熵等热力学量可以直接派生而来。

两个温度 和化学势 是相互关联的, (2]。作为一个总体热平衡假设, 是作为一个因变量估计由于奇异性保护,即。在给定的 和 ,的值分配给 是一个保证 。才 结合 和 在确定热力学量,如粒子数,能量和熵。化学势与其他量子相关费用,如电荷和第三部分同位旋,也可以确定的函数 , ,和 ,和他们每个人必须履行相应的法律的交谈。

本研究试图区分deconfinement和淘汰边界平衡热模型。后者的特点是 和 ,这是习惯于通用淘汰条件之一(21),如持续的熵密度规范化 (22,23],恒定的高阶时刻粒子多样性[24,25),持续跟踪异常(26),或一个类比Hawking-Unruh辐射(27]。的实验评估 和 ,如图1通过统计适合各种粒子比率计算统计热模型。deconfinement过渡,前者是习惯于line-of-constant-physics,如持续的能量密度, (28]。包含的奇异夸克似乎影响临界温度,随着这些拿出额外的强子共振及其热力学的贡献,在奇异夸克质量的临界温度的顺序。


图1
淘汰和deconfinement参数 和 推导出从不同的实验结果与误差(符号)进行描述和面对的热模型计算化学淘汰(点划和虚线)和deconfinement参数(固体和long-dashed曲线),没有奇异夸克。

3所示。结果

图1描述了淘汰和deconfinement参数 和 确定从以下不同的实验获得的测量与误差(符号):地狱(Ar +千卡)(29日),NA61 /发光(Au +非盟, )(30.- - - - - -36),NA49 /发光(Pb + Pb) [37- - - - - -39),和爱丽丝40- - - - - -47]。此外,分析在RHIC / SPS / AGS [31日)和RHIC / SPS / AGS / SIS能量(48- - - - - -54)相互结合并与热模型计算。后者考虑淘汰(点划虚线)和deconfinement边界(固体和long-dashed曲线),没有奇异夸克。

与实验的结果,我们的意思是当测量粒子收益率和/或获得的参数比安装基于统计热模型,计算的参数 和 是作为独立变量,Baryon-chemical潜力 ,例如,可以直接被固定在一个给定的质量重心的能量 (方程(4))。淘汰的参数 , , ,等热力学量满足的淘汰条件之一参了。(16,21归一化常数熵密度等),温度的立方。deconfinement相变条件讨论了参考文献。(16,28),包括line-of-constant-physics,如持续的能量密度不同 , ,和 。各种方法的细节(曲线)成为现在。与淘汰 和淘汰 ,我们指的是量子色阶段淘汰条件下所确定的边界,HRG的模型配置为只有强子的选民轻夸克( )和只有强子光和奇异夸克( )。在这种情况下,它可能会描述化学淘汰 飞机。此外,与deconfined 和deconfined ,我们指的是line-of-constant-physics,定义为恒定的能量密度,例如。这种线是映射在只有强子轻夸克(HRG模型 )只有强子光和奇异夸克( )是包括在内。

似乎很明显,两组淘汰参数相同,例如,在低 或高 ,的细微差别可以被容忍。在大 或低 ,淘汰和deconfinement温度之间的差异变得更大。这样的差别可能会理解基于假设化学淘汰hadronization阶段后发生很晚。后者是量子色禁闭过渡。它的最近的晶格量子色动力学中的顺序模拟是一个可能的交叉,即。,的re is a wide range of temperatures within which QGP hadronizes or hadrons go through QGP. The time span becomes longer with the increase in 或减少 。混合的存在阶段的猜想可能是另一种可能性。在此阶段,这两种类型的自由度,强子和QGP,生活在一起直到系统经过deconfinement彩色QGP或不相关的无色强子最后完全冻结。

不同量子色阶段的共存是文献中所讨论的,比如在参考文献。(55,56]。混合量子色阶段可以形成在宏观、介观和微观混合。如图1开始产生,这些混合阶段 介于5∼∼12 GeV,即。,从 ≃560伏。

淘汰的参数,很明显,这项协议之间的热模型计算和实验结果是非常令人信服。这涵盖了整个 范围和can-among其他证据加以解释基于淘汰阶段是最新高能碰撞的演化,产生粒子的数量是完全固定的地方。的时间阶段的化学淘汰检测的时间可能比从任何其他量子色过程时间短,如hadronization和手性对称性破坏;因此,它显然是最准确的。

在目前的计算,完整的量子统计(13- - - - - -172)和强子共振质量。5 GeV [19考虑到。陌生的自由度发挥重要作用,特别是在低 或 。

为了完整性,但我们也检查同样的计算包含大量可能失踪的州(57,58]。我们发现热力学量,尤其是现在的脚本是有限的,显示对这些缺失的状态(59]。他们正在进入我们的计算以同样的方式为PDG做强子和共鸣。

失踪的州共振理论上预测实验但尚未证实。他们的量子数和物理特征理论上是众所周知的60]。基本上,他们推测影响波动的相关性,即。,配分函数的高阶导数,估计最近晶格量子色模拟(60]。这些场合,他们的贡献变得不可避免57]。添加缺失的州的另一个原因是,他们想出更多的自由度和相当大的衰减通道甚至强子和共鸣是本研究的主题。

为 和 ,综合比较(曲线)和热模型计算结果推导出的晶格量子色模拟(乐队)61年,62年)和Polyakov linear-sigma模型(符号与误差)63年呈现在图2。在统计和系统的确定性,晶格量子色之间有一个很好的协议模拟(乐队)61年,62年)和Polyakov linear-sigma模型(符号)63年]。为什么晶格量子色模拟是有限的 所谓的信号问题,困难是由于采样的重要性变得不再可能。有各种试图预测这种限制:延续从虚构的化学势,权重方法,应用复杂的朗之万动力学,和泰勒扩张的夸克化学势 (64年]。


图2
和图一样1,但这里有一个比较晶格量子色模拟(61年,62年)和Polyakov linear-sigma模型(63年,65年- - - - - -70年与热模型。

我们还发现一个优秀的协议化学淘汰的热模型的计算参数和预测推断从Polyakov linear-sigma模型,特别是在 。在较低 ,热模型的计算似乎略有高估 。

这个观察到的协议将被视为一个证据的结论可能导致第一原理计算 飞机类似于Polyakov linear-sigma模型,特别是在大 ,第一原理计算方法不再适用。

现在是为了突出linear-sigma模型的一些细节,这是比量子色更简单,但基于量子色对称性以及[63年,65年- - - - - -70年]。最初,它wasintended描述pion-nucleon交互和手性的自由度。spinless标量场 和三联体赝标量场 介绍了量子化理论领域linear-sigma模型,这是一个低能耗的有效模型,在发电机吗 盖尔曼的矩阵 真正的经典领域形成一个 向量, ,是包括在内。手性对称是显式地打破了 矩阵领域 ,在哪里 外部字段。因此,在 手性转换、等 ,的 σ字段期望获得有限的真空值,进而打破 到 。这些转换产生一个巨大的σ粒子,几乎无质量戈德斯坦玻色子,π介子。因此,组成夸克获得质量,, ,在哪里 是耦合和 是介子衰变常数。此外,费米子可以介绍的核子或夸克。的 字段根据手性转换表现出同样的行为夸克的冷凝物;因此, 可以作为订单参数量子色手性相变。

的合并Polyakov-loop潜力,PLSM读取的拉格朗日 ,费米子的第一项代表拉格朗日密度 颜色自由度,第二项的贡献给介子字段,最后第三项代表了Polyakov-loop潜在合并gluonic自由度和夸克-胶子的动态交互,即。,deconfinement也纳入这手性模型。

现在出现的问题是为什么PLSM繁殖nonperturbative晶格量子色模拟和为什么PLSM同意与热模型的计算,特别是对淘汰边界?第一个问题可以直接回答。PLSM结合手性和deconfinement量子色对称。另一方面,看来,这两种类型的转换几乎是重合的,尤其是在消失或小重子化学势。在这个地区,彼此的计算都是在良好的协议。在高温下,手性对称性恢复和deconfinement过渡生产几乎自由的夸克和胶子,例如,QGP。手性有效的可靠性模型、PLSM似乎至关重要,尤其是在晶格场理论不可用或实验结果还无法访问。

PLSM同意第二个问题的原因与淘汰参数推导出热模型的计算可以回答如下。首先,在 ,在晶格场理论可能患有标志的问题,似乎手性和deconfinement界限变得越来越可区分的。可能是显而易见的,手性相变的临界温度会低于deconfinement过渡,进而与淘汰的温度不同。这两个范围内,应进一步研究,创建一个温度区域,在这一阶段的混合hadron-QGP可能发生。最后但并非最不重要的 飞机的Polyakov linear-sigma模型(63年)确定常数条件下的熵密度规范化 (21- - - - - -23),即。,likely manifesting the freezeout boundary. A future phenomenological study should be conducted in order to find out whether the condition of line-of-constant-physics gives results in agreement with the deconfinement平面。

现在,为了总结一些细节两个格点量子色计算(黄色和灰色乐队)。(61年,62年]。在裁判。61年),跨边界分离强子气体从夸克胶子等离子阶段小重子化学势计算使用四倍的抹交错费密子动作与动力,下来,奇怪,和魅力夸克( )。这意味着两个轻夸克退化。轻夸克的质量和奇怪的夸克质量的调整,这样身体介子和k介子质量介子衰变常数的复制每一个格子间距。规行为,树层次吸齐克改进使用。为了克服信号问题,虚值被认为是化学势,通过分析延续,然后翻译的真正价值baryon-chemical潜力。连续外推法是基于晶格的10,12日和16个时间维度。的曲率 根据方法估计 , , ,和 ,在哪里 和 合适的参数。相应的临界温度 估计为157伏,消失的奇怪的密度是保证。

在裁判。62年),临界温度的手性跨界车消失和有限值的重子( ),奇异性( ),电荷( ),和同位旋( )的连续极限晶格量子色动力学中的化学势获得计算进行了 高度提高交错夸克(HISQ)和树层次提高吸齐克规行动有两个上下退化动力学夸克和一个动力奇怪的夸克,物理夸克质量对应物理介子和k中介子的质量。时间范围是多种多样的 ,8、12、16日逐步走向更好的晶格间距。临界温度被参数化 ,在哪里 和 决心从泰勒的手性可见扩张 。相应的临界温度 估计是 。在相对论重离子碰撞的化学定额出局,在热条件下,等 和 决定从陌生中立和同位旋不平衡, 和 。

4所示。结论和展望

发生的各个阶段中强烈相互作用的物质在极端条件下,我们专注于deconfinement化学淘汰边界。作者比较结果 和 从各种重离子实验与最近晶格模拟,推导出有效QCD-like Polyakov linear-sigma模型,和平衡热模型。沿整个淘汰边界,我们得出这样的结论:一个优秀的协议之间的热模型计算和实验。此外,估计推断从Polyakov linear-sigma优异地同意热模型的计算模型。应该注意的是,重子密度较低或高的能量,deconfinement和化学淘汰边界可能重合。因此,我们也可以得出这样的结论:晶格计算deconfinement过渡同意与Polyakov linear-sigma模型,这两种方法在量子色对称。在一家大型重子密度或低能量,两个边界成为区分,可能形成一个强子和夸克-胶子等离子体可能共存的阶段。

基于这一事实Polyakov linear-sigma同意与晶格量子色模拟模型,至少在 一系列可靠的模拟,未来的现象学研究应该进行Polyakov linear-sigma模型找出line-of-constant-physics给结果的条件是否符合 deconfinement平面。此外,它打算描述相混合hadron-QGP及其可能的预测在未来的公平和NICA设施以及天体物理学的后果。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果中包括文章和/或适当的引用。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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