Geometrical scaling by the gluon saturation picture and thermalization of small systems

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03978
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Tokyo City University
• Principal Investigator: Osada Takeshi 東京都市大学, 理工学部, 教授 (50366845)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: クォーク・グルーオン・プラズマ / グルーオン飽和描像 / ハドロン多重発生 / 高エネルギー陽子・陽子衝突 / 高エネルギー原子核衝突

Outline of Final Research Achievements

We have studied high-temperature, high-density nuclear matter produced by proton-proton collisions with collision energies of 2.76 TeV and 7.00 TeV per nucleon and proton-lead collisions with 5.02 TeV per nucleon as a small system in pre-thermal equilibrium, and examined in detail whether the geometric scaling based on the saturation picture of gluons is valid or not. The color tube picture of the gluon is also investigated in detail. We also analyzed the experimental data based on the color tube model. As a result, we confirmed the geometric scaling phenomenon for a wide range of multiplicity of transverse momentum distributions. The obtained saturated momentum is proportional to the multiplicity of charged mesons to the 1/6th power, and the size of the reaction zone is proportional to the multiplicity to the 1/3rd power.

Free Research Field

理論物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

人類が作り出せる最小の熱平衡系は何か？それは、どのように作ることができるのか？この問いへの回答はおそらく高エネルギー陽子・陽子衝突によって生成され、強い力で相互作用するハドロン物質の系であることが推測されている。この系の生成や時間発展は、原理的には量子色力学によって支配されているが、低運動量領域において摂動論的な取り扱いが困難なため、明確な回答を引き出すことはできてない。一方、本研究課題はクォークやグルーオンのダイナミクスの本質を取り入れた現象論的模型でこの問題に取り組んだ。本研究課題が提唱する模型の成功は、取り扱いの困難な量子色力学の理解にも役立つはずであり学術的にも意義が大きいと思われる。