| 研究課題/領域番号 |
19K14722
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| 研究機関 | 日本女子大学 |
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研究代表者 |
門内 晶彦 日本女子大学, 理学部, 講師 (20709357)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 原子核衝突 / 光子 / クォークグルーオンプラズマ / 非平衡光子 / 有限密度 / 状態方程式 / 相対論的流体力学 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は相対論的エネルギー領域における原子核衝突で生成される光子について定量的な理論的解釈を与え、量子色力学(QCD)物質のマクロな時空発展とミクロな性質について理解を深めることを目的としている。光子のうちハドロン崩壊によって二次的過程で生成されるものを除いた直接光子は、熱化されたハドロンとは異なり媒質を透過するため、生成された時点における系の時空発展についての情報を豊富に持つ。一方で、その評価にはこれまで多くの場合に衝突時に生成される即時光子と、QCD媒質から放出される熱光子のみが考慮されてきた。そこでまず衝突からQCD媒質の生成までの局所熱平衡化段階からの直接光子生成を乱流熱化機構に基づく現象論モデルによって記述し、数値計算によって相対論的流体シミュレーションと共に評価した。その結果、カラーグラス凝縮描像における飽和運動量付近の横運動量において、非平衡光子の寄与が熱光子や即時光子に対して有意となりうることを示した。これは衝突初期を記述するモデルのパラメータに対して、直接光子の観測を通じて制限を与えうることを示している。また流体時空発展そのものが光子に与える影響の理解を深めるために、高温媒質が光学レンズとして機能することによる屈折の効果を評価することで、即時光子の方位角異方性がわずかに増加することを示した。この中で吸光が起こらない条件から、QCD媒質の屈折率へ制限を与えられることを示した。さらに高エネルギー原子核衝突実験では現在、ビームエネルギー走査として数GeVから数十GeVのエネルギー領域の探索が進められており、光子生成の理解がさらに重要となることが期待される。そこで保存量として正味バリオン数に加えて、電荷とストレンジネスがある場合の光子生成率を評価した。また原子核衝突におけるハドロン生成に対し渦度と化学ポテンシャルが及ぼす影響についても評価した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画1年目から2年目では(1)流体描像の前後、すなわち局所熱平衡化における非平衡光子とハドロン輸送過程におけるハドロン気体光子の生成を評価すること、および(2)実験データとの比較を通して衝突初期段階のモデルに対してフィードバックを行うことを目的としている。これまでの研究により既に乱流熱化機構に基づく非平衡光子の取り扱いと、そのパラメータへの部分的な制限を与えることに成功しており、これらの成果は本年度論文として出版された。また一方でハドロン気体光子の評価については、実現に向けた検討を進めている段階である。3年目の研究計画として、現在ブルックヘブン国立研究所(BNL)の相対論的重イオン衝突型加速器(RHIC)や欧州原子核研究機構(CERN)のスーパー陽子シンクロトロン(SPS)において行われているビームエネルギー走査実験における光子生成の理解が挙げられる。これについて、これまで正味バリオン数、電荷、ストレンジネスの化学ポテンシャルが有限の場合におけるQCD状態方程式を導出しているが、新たにクォークグルーオンプラズマ相における光子生成率を導出した。また関連して International Journal of Modern Physics A 誌(World Scientific)へ有限密度QCD物質の状態方程式に関する招待レビュー論文を寄稿しジャーナルのハイライトに選ばれた。上記のことを鑑みて、研究計画はおおむね順調に進展しているものと判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策としては、これまでの研究で得られた知見を活用しつつ、流体数値シミュレーションを通じて有限密度における直接光子生成の評価を行うことで、幅広いエネルギー領域における原子核衝突を理解することを目標とする。現在ビームエネルギー走査実験が行われているBNL RHICやCERN SPSに加えて、GSI FAIR、JINR NICA、JAEA/KEK J-PARCといった各施設においても同様の原子核衝突が計画ないし検討されていることから、研究の重要性は今後さらに高まると期待される。直接光子は時空発展についての情報を含む観測量であることから、臨界点や一次相転移をはじめクォーキオニック相などの非自明なQCD相構造が存在した場合にどのようなシグナルが得られるか、モデルを拡張し数値的に評価することで定量的に検証する。この中でハドロン相において有限化学ポテンシャルが光子生成率に与える影響についても評価する。またハドロン輸送模型からのハドロン気体光子の寄与を取り入れることにより、原子核衝突における直接光子生成の包括的な描像を構築することを目指す。これによって実験的に観測された直接光子の方位角異方性が理論計算よりも大きい「光子パズル」問題に対して、どのような効果があるかを確かめる。さらに同様の計算を同じく電磁プローブであるレプトン対に対して行うことによって、モデルの定量性を上げることができると期待できる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルス感染症によって海外渡航を伴う国際会議が延期またはオンライン化されたことにより、当初旅費として計上していた分を使用しなかったため。次年度は状況を見極めながら、当該研究計画の遂行に必要な物品の購入などに充てる予定である。
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