2016 Fiscal Year Annual Research Report
クォーク・グルーオン・プラズマ中での量子色力学で記述されるエネルギー損失機構
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16J04004
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
永嶋 和也 広島大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2018-03-31
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| Keywords | クォーク・グルーオン・プラズマ / 高エネルギー重イオン衝突 / エネルギー損失機構 / 重クォーク / チャーム・ボトムクォーク / マルコフ連鎖モンテカルロ / ベイズ推定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
米国ブルックヘブン国立研究所PHENIX実験における高エネルギー重イオン衝突実験により、超高温・高エネルギー密度のQCD相転移物質”クォーク・グルーオン・プラズマ(QGP)”の物理的性質を研究する。重イオン衝突実験におけるチャーム・ボトムクォークは、QGP中での生成・消滅がほとんどなくフレーバーが保存される。そのため生成時と測定時の運動量・空間分布の変化量がQGP物性を強く反映する良いプローブとなる。
本研究では、QGP中におけるチャーム・ボトムクォークのエネルギー損失量を分離測定することで、エネルギー損失量のクォーク質量依存性を検証する。またQGP中におけるチャーム・ボトムクォークのエネルギー損失量の運動量依存性や衝突中心度依存性を測定することで、QGP中におけるクォークエネルギー損失機構を解明する。
本年度は、金原子核相互衝突実験における単電子の運動量分布とDCA(ビーム衝突点と飛跡の最近接距離)分布を用いて、シグナルとなるチャーム・ボトムハドロン崩壊電子とバックグランドとなる光子起因の電子の同定法を確立した。さらにマルコフ連鎖モンテカルロを用いたベイズ推定手法を用いて、金原子核相互中心衝突におけるチャーム・ボトムハドロン崩壊電子の不変収量をそれぞれ導出し、QGP生成のない陽子相互衝突実験における不変収量で規格化することで、QGP中におけるチャーム・ボトムクォークのエネルギー損失量をそれぞれ導出した。本測定結果よりQGP中におけるボトムクォークのエネルギー損失量がチャームクォークのエネルギー損失量より小さいことを発見し、エネルギー損失量にクォーク質量依存性があることを示した。
本研究成果は、国際共同研究グループ内で高く評価されたため、本分野最大の国際会議「Quark Mater 2017」においてPHENIX実験を代表して口頭発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
米国ブルックヘブン国立研究所PHENIX実験における高エネルギー重イオン衝突実験を遂行し、重クォークをプローブとしたQGP物性研究を目的とした金原子核相互衝突実験を完遂し、2014~2016年の3年間をかけて、約400億事象のデータを収集した。測定した金原子核相互中心衝突のデータを用いて、QGP中におけるチャームおよびボトムクォークのエネルギー損失量を導出した。金原子核相互衝突における最中心衝突事象では、ボトムクォークのエネルギー損失量が、チャームクォークのエネルギー損失量より小さいことを発見した。本年度の研究結果からQGP中におけるエネルギー損失量にクォーク質量依存性が存在することを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
2014~2016年に収集した金原子核相互衝突実験のデータを用いて実行統計量を4倍に増やすことで、QGP中におけるチャーム・ボトムクォークのエネルギー損失量の運動量依存性と衝突中心度依存性を高精度で導出する。本研究結果と理論モデルを詳細に比較することで、QGP中におけるクォークエネルギー損失機構を解明する。
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