Transcript サーマル・フリーズ・アウト

｀
Particle production from a view point of
thermal/chemical equilibrium
熱統計力学的にみるハドロンの運動量分布と生成比
於 s  2 ～ 10 GeV
3
広大理(D3)
Contents
•Motivation
•高エネルギー原子核衝突
•横方向運動量分布 サーマル・フリーズ・アウト
•粒子生成比
ケミカル・フリーズ・アウト
•結論
｀
Motivation
人工的に温度・密度の極限状態を作る
• 非摂動的 QCD
• 初期宇宙
• 中性子星
ln T
QCDの検証
宇宙論
高エネルギー原子核衝突
QＣD
慣性核融合
中性子星
核力
白色矮星
 まずは、身近に多くあるハドロンについて、
 原子核衝突での生成を理解しよう
高エネルギー
原子核衝突
QED
｀
高エネルギー原子核衝突でのハドロン生成
 中心ラピディテイ領域での
 粒子生成比、運動量分布
 熱統計力学的に扱う
• 温度、化学ポテンシャル等の数個のパラメータ
CERN-SPS, BNL-AGSエネルギー
領域で成功！
 さらに、
• 低エネルギーでの原子核衝突
• e++e-,p+p, p+p
 でのハドロン生成まで
 熱統計力学的に取り扱える!?
｀
CERN, BNLでの
重イオン衝突実験
物理の目的を絞り
•高運動量分解能
dP/P <1%
•粒子識別能力
p, K, p, d, f, L, X,
....etc.
NA44 Setup for Pb run
｀
観測量から何がわかるか？
運動量分布
 サーマル・フリーズ・アウト
平均自由行程<<二粒子間距離
• エネルギー,運動量の交換による平衡
＝ 熱平衡
• Thermal Freeze-out Temperature Tth
粒子生成比
 ケミカル・フリーズ・アウト
• 粒子生成に関して平衡（フレーバの交換）
= 化学平衡
• Chemical Freeze-out Temperature Tch
Freeze-out
｀
横方向運動量分布
 ボルツマン分布を考えると
3
E
d n
dp
3


1
1
dn
mT dmT dy df
g
2p 
dn
mT d mT
3
m
T

2
pT  m
E ex p (  E / T )
  exp(  m T / T )
2
PRL78(1997)2080 より
NA44 data

T=
289±7
278±9
234±6
235±7
156±6
 Tは一定でなく、粒子質量
依存性を持っている。
 膨張の効果？
154±8
｀
逆スロープパラメータ T vs. mass
 衝突系が大きく
なるにつれ、
Tの質量依存
性が大きくなっ
ていく
AGS
横方向フローの存在
E802 data
より
T=Tth+mb 2
T. Cörgo and B. Lörstad
PRC54(1996)1390
｀
逆スロープパラメータ T vs. mass
SPS
｀
流体力学モデル
ボルツマン分布に横方向の膨張の効果を入れる
bs
s

u ( t , r , z  0 )  (co sh  , e r sin h  , 0 )
  tanh
1
br
R
br  b s r / R 
E. Schnedermann et al, PR C48 (1993) 2462 より
｀
実験データへのフィット
10
NA49 data
5
Tth=140 MeV
Pb+Pb
bs = 0.60
103
101
L
10-1
S+S
bs = 0.41
1/mT dN/dmT (a.u.)
d2N/dmT2 (GeV-2 c4)
Tth=120 MeV
bs=0.6
d
Pb+Pb
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
mT - mass (GeV/c2)
nucl-ex/9803015 より
PRL 78 (1997) 2080 より
<br >
｀
Tth と br のビームエネルギー依存性
 同じ衝突系では
Tth
Tth (GeV)
< br >
 ビームエネルギーと共に増加
 核子当たり10GeVのビームエ
ネルギー領域辺りから飽和
NP A610(1996)175c より
｀
サーマル・フリーズ・アウト
• 同じビームエネルギー領域で、衝突系が
大きくなるにつれ、
• 横方向フローは増大
• 温度 Tth はほぼ一定
• Tth, 横方向フロー
• 同じ衝突系では、ビームエネルギーが増加するにつれ共に増加
• 核子当たり10GeVのビームエネルギー領域辺りから飽和
粒子生成比
｀
粒子密度
g: :ストレンジネス
サプレッション・ファクタ
g : スピン、アイソスピン自由度
粒子生成比
p
例
p
 exp(  2 m B / Tch )
B: バリオン数
mB: バリオン・ケミカル・ポテンシャル
s: ストレンジネス
ms: ストレンジ・ケミカル・ポテンシャル
K
K


 exp(  23 m B / Tch ) exp( 2 m s / Tch )
L
L
 exp(  43 m B / Tch ) exp(  2 m s / Tch )
何を知りたいか？
• 中心ラピディティに於ける、Tch , mB, ms
｀
粒子生成比：モデルによる計算との比較
central 200 A GeV/c S+Au(W,Pb) collisions
experimental data
model calculation
relative abundance
10
1
Tch= 160MeV
mB = 170MeV
ms = 38MeV
p
p+
K0s
L
K++K2K0
h
p0
p
p
s
L
p-p
f
w
h+-hh++h-
WW
XX
L
p
K0s
L
0.1
0.01
K+
K-
L
L
X
L
X
L
X
X
d
p
実験データ： EMU05, Helios3, NA35, NA36, NA44, WA80, WA85
PLB365 (1996) 1
nucl-th/9606017 より
｀
粒子生成比：モデルによる計算との比較
experimental data
central 158 A GeV/c Pb+Pb collisions
relative abundance
model calculation
10
Tch= 160MeV
mB = 200MeV
ms = 30MeV
1
p-p
p
p
p
K+
K-
K+
p+
Kp-
L
L
0.1
0.01
実験データ： NA44, NA49, WA97
NPA610 (1006) 509c
より
中心ラピディティ領域における、Tch , mB
｀
Tch [MeV]
250
SPS
Chemical Freeze-out Temperature
200
～200GeV/核子
AGS
150
s
～10GeV/核子
(/核子)GeV
100
20
S+A
Pb+Pb
5
Si+A
Au+Au
50
nucleus
0
0
200
400
600
800
1000
Baryonic chemical potential
1200
1400
mB [MeV]
マークの違いは、
実験のデータセットによる
中心ラピディティ領域における、Tch , mB
｀
Tch [MeV]
250
SppS
LEP
Chemical Freeze-out Temperature
200
 密度低→温度高
で粒子生成
 密度高→温度低
｝
SPS
～200GeV/核子
AGS
150
s
～10GeV/核子
900
90
SIS
100
2.0 GeV/核子
1.5 GeV/核子
1.0 GeV/核子
0.8 GeV/核子
50
nucleus
0
0
200
400
600
800
Baryonic chemical potential
1200
1400
mB [MeV]
p+p
e++e-
20
p+p
S+A
Pb+Pb
5
Si+A
Au+Au
2
Ni+Ni
0.25 GeV/核子
1000
(/核子)GeV
マークの違いは、
実験のデータセットによる
中心ラピディティ領域における、Tch , mB
｀
Tch [MeV]
250
SppS
LEP
Chemical Freeze-out Temperature
200
 密度低→温度高
で粒子生成
 密度高→温度低
｝
SPS
～200GeV/核子
AGS
150
s
～10GeV/核子
900
90
SIS
100
2.0 GeV/核子
1.5 GeV/核子
1.0 GeV/核子
0.8 GeV/核子
50
nucleus
0
0
200
400
600
800
Baryonic chemical potential
1200
1400
mB [MeV]
p+p
e++e-
20
p+p
S+A
Pb+Pb
5
Si+A
Au+Au
2
Ni+Ni
0.25 GeV/核子
1000
(/核子)GeV
マークの違いは、
実験のデータセットによる
中心ラピディティ領域における、Tch , ms
｀
 密度低→温度高
で粒子生成
 密度高→温度低
250
Tch [MeV]
｝
 バリオン密度が高くなると、
 ストレンジネス生成が抑制される
Chemical Freeze-out Temperature
200
s
150
(/核子)GeV
100
20
S+A
Pb+Pb
5
Si+A
Au+Au
50
0
0
200
400
600
800
1000
Strangeness chemical potential
1200
ms
1400
マークの違いは、
実験のデータセットによる
｀
ケミカル・フリーズ・アウト
• 温度 Tch, ケミカル・ポテンシャル mB, ms
• 同じビームエネルギー領域では、衝突系依存性が弱い
• ビームエネルギー
→
Tch , mB, ms 
粒子生成比について
核子当たり s  2GeV の原子核衝突
から
s = 20～1000 GeVの、 p+p, e++e-, p+p
まで、温度とポテンシャルで記述出来る！
結論
｀
250
T [MeV]
 粒子生成
温度、ポテンシャルで
ハドロンガスの状態を記述出来た
• バリオン密度→高、温度→低
• バリオン密度→低、温度→高
s  2 ～ 10 GeV
3
バリオン密度が高いと
200
 ストレンジネス生成の抑制
150
100
50
nucleus
0
0
200
400
600
800
1000
1200
potential
1400
[MeV]
結論
｀
250
T [MeV]
 粒子生成
温度、ポテンシャルで
ハドロンガスの状態を記述出来た
• バリオン密度→高、温度→低
• バリオン密度→低、温度→高
s  2 ～ 10 GeV
3
バリオン密度が高いと
200
 ストレンジネス生成の抑制
 サーマル・フリーズ・アウト
150
• SPSエネルギー領域あたり
から Tth<Tch
100
 ケミカル・フリーズ・アウトが起
きてサーマル・フリーズ・アウト
が起きている
50
nucleus
0
0
200
400
600
800
1000
1200
potential
1400
[MeV]
結論
｀
250
T [MeV]
 粒子生成
温度、ポテンシャルで
ハドロンガスの状態を記述出来た
• バリオン密度→高、温度→低
• バリオン密度→低、温度→高
s  2 ～ 10 GeV
3
バリオン密度が高いと
200
 ストレンジネス生成の抑制
 サーマル・フリーズ・アウト
150
• SPSエネルギー領域あたり
から Tth<Tch
Lattice
QCD
100
 ケミカル・フリーズ・アウトが起
きてサーマル・フリーズ・アウト
が起きている
50
 SPSエネルギーの領域で、
nucleus
0
0
200
400
600
800
1000
1200
potential
1400
[MeV]
フリーズアウト時のハドロンは
相転移境界近くにいる
｀
熱統計力学的なハドロン相の記述が出来た！
We are ready.
Go to and Enjoy RHIC experiment!