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Particle production from a view point of thermal/chemical equilibrium

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. 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. ln T. 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

jena
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Particle production from a view point of thermal/chemical equilibrium

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  1. 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 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

  2. Motivation ln T • 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 • 高エネルギー原子核衝突 • 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 QCDの検証 高エネルギー 原子核衝突 QＣD 宇宙論 慣性核融合 中性子星 核力 白色矮星 QED

  3. 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!?

  4. 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

  5. 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 • 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 平均自由行程<<二粒子間距離 平均自由行程<<二粒子間距離 Freeze-out

  6. 横方向運動量分布 • ボルツマン分布を考えると PRL78(1997)2080 より NA44 data T= 278±9 289±7 235±7 234±6 156±6 154±8 • 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？

  7. 逆スロープパラメータT vs. mass AGS • 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 横方向フローの存在 T=Tth+máb ñ2 E802 data より T. Cörgo and B. Lörstad PRC54(1996)1390

  8. 逆スロープパラメータT vs. mass SPS

  9. 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 R E. Schnedermann et al, PR C48 (1993) 2462 より

  10. 実験データへのフィット 105 NA49 data Tth=140 MeV Pb+Pb Tth=120 MeV S+S h- bs = 0.60 bs = 0.41 bs=0.6 103 Kaons h++h- d2N/dmT2 (GeV-2 c4) 1/mT dN/dmT (a.u.) 101 L d 10-1 Pb+Pb 0 0.4 0.8 1.6 2.0 1.2 mT - mass (GeV/c2) PRL 78 (1997) 2080 より nucl-ex/9803015 より

  11. Tth と br のビームエネルギー依存性 • 同じ衝突系では Tth < 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 <br> Tth (GeV) NP A610(1996)175c　より

  12. 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

  13. 粒子生成比 • 粒子密度 • 何を知りたいか？ • 中心ラピディティに於ける、Tch ,mB,ms 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 mB: バリオン・ケミカル・ポテンシャル B: バリオン数 粒子生成比 ms: ストレンジ・ケミカル・ポテンシャル s: ストレンジネス 例

  14. K0s L K+ K- W++W- X++X- K++K- 2K0s L p p p+ h p0 K0s L p p L p - p L L X- X+ X+ L h+-h- h++h- f r+w X- L d p 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 Tch= 160MeV mB = 170MeV ms = 38MeV 10 1 relative abundance 0.1 0.01 PLB365 (1996) 1 nucl-th/9606017 より 実験データ： EMU05, Helios3, NA35, NA36, NA44, WA80, WA85

  15. K+ K- p-p p+ K+ p+ L L K- p- p p 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 model calculation Tch= 160MeV mB = 200MeV ms = 30MeV 10 1 relative abundance 0.1 0.01 実験データ： NA44, NA49, WA97 NPA610 (1006) 509c より

  16. 中心ラピディティ領域における、Tch , mB 250 200 150 100 50 0 0 1200 200 1000 1400 400 600 800 SPS Tch [MeV] ～200GeV/核子 AGS (/核子)GeV ～10GeV/核子 20 S+A Chemical Freeze-out Temperature Pb+Pb Si+A 5 Au+Au nucleus mB [MeV] Baryonic chemical potential マークの違いは、 実験のデータセットによる

  17. 中心ラピディティ領域における、Tch , mB 250 SppS 200 150 100 50 0 0 1200 200 1000 1400 400 600 800 • 密度低→温度高 • 密度高→温度低 ｝ で粒子生成 LEP SPS Tch [MeV] ～200GeV/核子 AGS (/核子)GeV ～10GeV/核子 900 p+p SIS 90 e++e- 2.0 GeV/核子 p+p 1.5 GeV/核子 20 S+A 1.0 GeV/核子 Chemical Freeze-out Temperature 0.8 GeV/核子 Pb+Pb Si+A 5 Au+Au nucleus 0.25 GeV/核子 2 Ni+Ni mB [MeV] Baryonic chemical potential マークの違いは、 実験のデータセットによる

  18. 中心ラピディティ領域における、Tch , mB 250 SppS 200 150 100 50 0 0 1200 200 1000 1400 400 600 800 • 密度低→温度高 • 密度高→温度低 ｝ で粒子生成 LEP SPS Tch [MeV] ～200GeV/核子 AGS (/核子)GeV ～10GeV/核子 900 p+p SIS 90 e++e- 2.0 GeV/核子 p+p 1.5 GeV/核子 20 S+A 1.0 GeV/核子 Chemical Freeze-out Temperature 0.8 GeV/核子 Pb+Pb Si+A 5 Au+Au nucleus 0.25 GeV/核子 2 Ni+Ni mB [MeV] Baryonic chemical potential マークの違いは、 実験のデータセットによる

  19. 中心ラピディティ領域における、Tch , ms 250 200 150 100 50 0 0 1200 200 1000 1400 400 600 800 • 密度低→温度高 • 密度高→温度低 ｝ で粒子生成 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 (/核子)GeV 20 S+A Chemical Freeze-out Temperature Pb+Pb Si+A 5 Au+Au マークの違いは、 実験のデータセットによる Strangeness chemical potential ms

  20. 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 　 2GeV の原子核衝突 　　　　　　　　　　　　　から = 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！

  21. 250 200 150 100 50 0 0 1200 200 1000 1400 400 600 800 結論 • 粒子生成 • バリオン密度→高、温度→低 • バリオン密度→低、温度→高 • バリオン密度が高いと • ストレンジネス生成の抑制 温度、ポテンシャルで ハドロンガスの状態を記述出来た T [MeV] nucleus [MeV] potential

  22. 250 200 150 100 50 0 0 1200 200 1000 1400 400 600 800 結論 • 粒子生成 • バリオン密度→高、温度→低 • バリオン密度→低、温度→高 • バリオン密度が高いと • ストレンジネス生成の抑制 温度、ポテンシャルで ハドロンガスの状態を記述出来た T [MeV] • サーマル・フリーズ・アウト • SPSエネルギー領域あたりから • 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 • Tth<Tch nucleus [MeV] potential

  23. 250 200 150 100 50 0 0 1200 200 1000 1400 400 600 800 結論 • 粒子生成 • バリオン密度→高、温度→低 • バリオン密度→低、温度→高 • バリオン密度が高いと • ストレンジネス生成の抑制 温度、ポテンシャルで ハドロンガスの状態を記述出来た T [MeV] • サーマル・フリーズ・アウト • SPSエネルギー領域あたりから • 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 Lattice QCD • Tth<Tch HG-QGP境界 • SPSエネルギーの領域で、 フリーズアウト時のハドロンは 相転移境界近くにいる nucleus [MeV] potential

  24. 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!

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