｀ Particle production from a view point of thermal/chemical equilibrium 広大理 (D3) 熱統計力学的にみるハドロンの運動量分布と生成比 於 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.

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1 ｀ Particle production from a view point of thermal/chemical equilibrium 広大理 (D3) 熱統計力学的にみるハドロンの運動量分布と生成比 於 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 Contents

2 ｀ q 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 q まずは、身近に多くあるハドロンについて、 q 原子核衝突での生成を理解しよう Motivation ln T QED 白色矮星 QＣDQＣD 核力 慣性核融合 高エネルギー 原子核衝突 宇宙論 QCD の検証 中性子星

3 ｀ 高エネルギー原子核衝突でのハドロン生 成 q 中心ラピディテイ領域での q 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 èCERN-SPS, BNL-AGS エネルギー 領域で成功！ q さらに、 低エネルギーでの原子核衝突 e + +e -,p+p, p+p q でのハドロン生成まで q 熱統計力学的に取り扱える !?

4 ｀ NA44 Setup for Pb run 物理の目的を絞り 高運動量分解能  P/P <1% 粒子識別能力 , K, p, d, , , ,....etc. CERN, BNL での 重イオン衝突実験 重イオン衝突実験

5 ｀ 観測量から何がわかるか？ q 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 T th q 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 T ch 平均自由行程 << 二粒子間距離 Freeze-out

6 ｀ 横方向運動量分布 q ボルツマン分布を考える と 234±6 156±6 289±7 154±8 235±7 278±9 T= qT は一定でなく、粒子質 量依存性を持っている。  膨張の効果？ PRL78(1997)2080 より NA44 data

7 ｀ 逆スロープパラメータ T vs. mass q 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 E802 data より 横方向フローの存在 T=T th +m  2 T. Cörgo and B. Lörstad PRC54(1996)1390

8 ｀ SPS 逆スロープパラメータ T vs. mass

9 ｀ 流体力学モデル q ボルツマン分布に横方向の膨張の効果を入れる  R ss E. Schnedermann et al, PR C48 (1993) 2462 より

10 ｀ Pb+Pb T th =140 MeV 実験データへのフィット m T - mass (GeV/c 2 ) 0.40.8 1.2 1.62.0 d 2 N/dm T 2 (GeV -2 c 4 ) 10 -1 10 1 10 3 10 5 0 nucl-ex/9803015 より PRL 78 (1997) 2080 より  s = 0.60  s = 0.41 T th =120 MeV  s =0.6 Pb+Pb S+S 1/m T dN/dm T (a.u.) NA49 data d  h + +h - Kaons h-h-

11 ｀ T th と  r のビームエネルギー依存性 q 同じ衝突系では T th  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 <r ><r > T th (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 T th はほぼ一定 T th, 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 ｀ q 粒子密度 q 何を知りたいか？ 中心ラピディティに於ける、 T ch,  B,  s 粒子生成比 B: バリオン数  B : バリオン・ケミカル・ポテンシャル s: ストレンジネス  s : ストレンジ・ケミカル・ポテン シャル 例  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

14 ｀ 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 relative abundance p+p+ dpdp pppp   00 K + +K - 2K 0 s            h + -h - h + +h -  K+K-K+K- K0sK0s pp  p - p K 0 s  1 0.1 0.01 10 experimental data 実験データ： EMU05, Helios3, NA35, NA36, NA44, WA80, WA85 model calculation T ch = 160MeV  B = 170MeV  s = 38MeV PLB365 (1996) 1 nucl-th/9606017 より

15 ｀ 粒子生成比：モデルによる計算との 比較 central 158 A GeV/c Pb+Pb collisions relative abundance pppp K--K--  K+K-K+K- 1 0.1 0.01 10 experimental data 実験データ： NA44, NA49, WA97 model calculation T ch = 160MeV  B = 200MeV  s = 30MeV NPA610 (1006) 509c より K++K++ p-p  

16 ｀ 中心ラピディティ領域における、 T ch,  B Baryonic chemical potential Chemical Freeze-out Temperature SPS nucleus 0 200 250 150 100 50 T ch [MeV]  B [MeV] 0 200 400600 800 1000 1200 1400 AGS ～ 10GeV/ 核子 ～ 200GeV/ 核子 S+A Pb+Pb Si+A Au+Au (/ 核子 )GeV 5 20 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、 T ch,  B Baryonic chemical potential Chemical Freeze-out Temperature SPS nucleus 0 200 250 150 100 50 T ch [MeV]  B [MeV] 0 200 400600 800 1000 1200 1400 AGS ～ 10GeV/ 核子 ～ 200GeV/ 核子 S+A Pb+Pb Si+A Au+Au (/ 核子 )GeV 5 20 マークの違いは、 実験のデータセットによる 0.25 GeV/ 核子 0.8 GeV/ 核子 1.0 GeV/ 核子 1.5 GeV/ 核子 2.0 GeV/ 核子 SIS LEP SppS e + +e - p+p Ni+Ni p+p 2 900 90 q 密度低 → 温度高 q 密度高 → 温度低 で粒子生成 ｝

18 ｀ 中心ラピディティ領域における、 T ch,  B Baryonic chemical potential Chemical Freeze-out Temperature SPS nucleus 0 200 250 150 100 50 T ch [MeV]  B [MeV] 0 200 400600 800 1000 1200 1400 AGS ～ 10GeV/ 核子 ～ 200GeV/ 核子 S+A Pb+Pb Si+A Au+Au (/ 核子 )GeV 5 20 マークの違いは、 実験のデータセットによる 0.25 GeV/ 核子 0.8 GeV/ 核子 1.0 GeV/ 核子 1.5 GeV/ 核子 2.0 GeV/ 核子 SIS LEP SppS e + +e - p+p Ni+Ni p+p 2 900 90 q 密度低 → 温度高 q 密度高 → 温度低 で粒子生成 ｝

19 ｀ 中心ラピディティ領域における、 T ch,  s Chemical Freeze-out Temperature 0 200 250 150 100 50 T ch [MeV] 0 200 400600 800 1000 1200 1400 S+A Pb+Pb Si+A Au+Au (/ 核子 )GeV 5 20 マークの違いは、 実験のデータセットによる q 密度低 → 温度高 q 密度高 → 温度低 で粒子生成 ｝ Strangeness chemical potential ss q バリオン密度が高くなると、 q ストレンジネス生成が抑制され る

20 ｀ q ケミカル・フリーズ・アウト 温度 T ch, ケミカル・ポテンシャル  B,  s 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  → T ch ,  B ,  s   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 ｀ 結論 potential nucleus 0 200 250 150 100 50 T [MeV] [MeV] 0 200 400600 800 1000 1200 1400 q 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 Ô 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

22 ｀ 結論 potential nucleus 0 200 250 150 100 50 T [MeV] [MeV] 0 200 400600 800 1000 1200 1400 q 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 è 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 q サーマル・フリーズ・ アウト SPS エネルギー領域あた りから ð 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 T th <T ch

23 ｀ 結論 potential nucleus 0 200 250 150 100 50 T [MeV] [MeV] 0 200 400600 800 1000 1200 1400 q 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 è 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 q サーマル・フリーズ・ アウト SPS エネルギー領域あた りから ð 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 T th <T ch HG-QGP 境界 Lattice QCD qSPS 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

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!

25 ｀ 中心ラピディティ領域における、 T ch と  B e + +e - p+p S+S S+Ag Pb+Pb S+S S+W S+Ag S+Pb Si+Au A.D.Panagiotou et al PRC53 (1996)1353 J.Letessier et al PLB328(1994)499 NA44 QM’97 (NA35) (NA49) (SPS, ISR) (LEP) F.Becattini hep-ph/9701275 Z.Phys. C76(1997)269 QM’97 (NA35) (WA85) (NA35) (NA36) (E802) Si+Au (E802/E859) Pb+Pb (NA44/NA49/WA97) S+Au/W/Pb (EMU05/NA35/NA36/ NA44/WA80/WA85) (E802/E814) Si+Au/Pb (E866/E877/E891) Au+Au Ni+Ni (Au+Au) (FOPI) (TAPS) P.Braun-Munzinger et al nucl-ex/9803015 p+p (SppS) 0.25 GeV/ 核子 0.8 GeV/ 核子 1.0 GeV/ 核子 1.5 GeV/ 核子 2.0 GeV/ 核子 Baryonic chemical potential Chemical Freeze-out Temperature SPS nucleus 0 200 250 150 100 50 T ch [MeV]  B [MeV] 0 200 400600 800 1000 1200 1400 AGS SIS LEP ～ 10GeV/ 核子 ～ 200GeV/ 核子 SppS

26 ｀ T ch -  s