QGPの流体模型の最前線
初期状態/カイラル磁気効果/渦度の理解
門内 晶彦 (KEK)

第35回Heavy Ion Cafe並びに第27回Heavy Ion Pub合同研究会「ポストQM2018」2018年6月30日、名古屋大学

Quark Matter 2018
場所：ヴェネツィア（イタリア）◼ 日程: 2018年5月13-19日◼ 登録者数：854◼ 発表数：663(45 Plenaries + 229 Parallels + 389 Posters)◼

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 2018

QM15 Kobe, Japan
QM17 Chicago, USA
QM18 Venice, Italy
QM19 Wuhan, China
QM21 Krakow, Poland

2 / 37

Quark Matter 2018◼

流体関連の発表 (理論、抜粋)
Xe-Xeの流体模型による計算 – M. Luzum, H. Niemi, B. Schenke
フローハーモニクスの非線形結合の評価– G. Giacalone
ブースト不変系における非平衡流体の導出 – L. Yan
新しいハドロン輸送模型の構築 – H. Petersen
pAとAAにおける流体および輸送模型によるη/s評価の妥当性 – A. Kurkela
ビームエネルギー走査における流体模型の動的な初期化– L. Du, C. Shen
横方向における非一様性のフロー観測量を用いた評価 – F. Grassi
異方性流体モデルによるRHICとLHCにおける数値解析 – M. Alqahtani
様々な系に対する流体模型による系統的な解析 – B. Schenke
集団的性質と量子干渉 – B. BlokEKRT模型を用いた流体解析 – H. Niemi
輸送係数における温度依存性の評価 – C. Nonaka
臨界点周りにおける流体力学の拡張 – M. Stephanov

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 20183 / 37

Quark Matter 2018◼

流体関連の発表 (理論、抜粋)
観測量に対する衝突変数の確率分布 – J.-Y. Ollitrault
揺らぎ流体のフロー観測量への影響 – M. Singh, A. Sakai
縦方向でのフロー観測量のデコリレーション – P. Bozek, A. Sakai, X.-Y. Wu
楕円ウィグナー分布の多粒子方位角相関の影響 – Y. Hagiwara
コア-コロナ描像に基づく動的な初期化 – Y. Kanakubo
射影演算子法を用いた量子異常流体の導出 – M. Hongo
流体力学におけるアトラクターの評価 – B. Meiring, U. Heinz
高次流体力学の解析解の導出 – C. Chattopadhyay
異方性流体力学の導出 – M. McNelis
再加算されたモーメントを用いた流体の展開 – L. Tinti
有効場の理論に基づく流体揺らぎ – P. H. C. Lau
深層学習の流体モデルへの応用 – H. Huang, L.-G. Pang
粒子スペクトルからの状態方程式の評価 – AM

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 20184 / 37

Quark Matter 2018◼

初期状態関連の発表 (理論、抜粋)
IP-Glasma初期条件の3次元への拡張 – S. McDonald
膨張系におけるクォーク生成 – N. Tanji
小さな系へのCGC+PYTHIA模型の適用 – P. Tribedy
NLOで断面積が負になる問題の解決 – B. Ducloué
核子内の揺らぎが及ぼす影響 – H. Mäntysaari
ボルツマン方程式と流体方程式の比較と評価 – U. Heinz
古典ヤン=ミルズ場におけるエントロピー生成と熱化 – H. Matsuda
複数粒子相関からの初期状態における集団的フロー – M. Mace

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 2018

5 / 37

Quark Matter 2018◼

カイラル磁気効果(CME)と渦度関連の発表 (理論、抜粋)
等バリオン数衝突におけるCME評価の妥当性 – H. Xu
粘性流体+量子異常輸送模型によるCMEの計算 – J. Liao
カイラル流体の非平衡量子輸送 – D.-L. Yang
強磁場中におけるカイラルフェルミオンの輸送現象 – K. Hattori
一般の平衡状態における二次の輸送係数 – M. Buzzegoli
カイラル磁気流体の導出 – K. Hattori
流体模型におけるΛ偏極の評価 – I. Karpenko, Y. Xie
スピン流体力学の定式化 – W. Florkowski

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 2018

6 / 37

概要
1. QGPの流体模型の最前線
2. 初期状態の理解
3. カイラル磁気効果・渦度の理解
4. まとめと展望

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 20187 / 37

1. QGPの流体模型の最前線

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 20188 / 37

Trend words◼

流体モデルとその関連領域（の一部）
2010

2012
U-U, Au-Cu

高次ハーモニクス

2018

2016

p-Pb

LHC Pb-Pb
RHIC

2014

Xe-Xe
h-Aud-Au BES

Zr-Zr,Ru-Ru

古典統計格子ゲージ理論(3+1)D 粘性流体

小さな系

磁気流体

ビームエネルギー走査

光子パズル

渦度とスピン

カイラル磁気効果

異方性流体

Your work

揺らぎ流体

全体としてモデルの高精度化、拡張化の方向性
門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 2018

9 / 37

LHC highlights
新しい衝突系・エネルギー（127Xe-127Xe 5.44 TeV）
Transverse momentum spectra
127◼

Xeは変形核R ~ 5.42 fm
β2 ~ 0.162

NA61固定ターゲット
衝突用のXeを流用

Pb-PbとXe-Xe: 同じNpartで異なる粒子生成(Au-AuとCu-Cuでも同様)
門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201810 / 37

Xe-Xeと流体模型◼

vn

B. Schenke et al.

M. Luzum et al, ATLAS

ほぼ流体モデルの予想の枠内

中心性衝突でv2(Xe) > v2(Pb):
揺らぎ効果が実効的に大きい + 変形核なので元からv2あり
門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201811 / 37

軽原子核の生成◼

M. Puccio(反)重陽子粒子分布はBlast wave fit可; v2は単純なcoalescenceから外れる◼

(反)ヘリウム3
Blast waveは少し外れる
coalescenceは比較的良い

重陽子と少し異なる?

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201812 / 37

流体の拡張 (I)◼

M. Stephanov

Hydro+: 臨界点周りで遅いモードの追加
相関長が長くなり緩和のスケールが系の時空発展のスケールを越えると破綻

2 point functionに対応する変数を導入（拡張された流体）

エントロピーの表式“構成方程式”

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201813 / 37

流体の拡張 (II)◼

M. Alqahtani et al.

異方性流体モデル
系が完全に等方化しない場合

RHICデータを記述可(v2 overestimated)

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201814 / 37

流体の拡張 (II)◼

M. Alqahtani et al.

異方性流体モデル
LHCデータとの比較; よく合う(ただし初期条件には注意が必要)

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201815 / 37

ハドロン輸送模型◼

H. Petersen et al.

SMASH (Simulating Many Accelerated Strongly-Interacting Hadrons)

新しい非平衡ハドロン輸送模型（既存のデータは再現）
電磁プローブを計算できる
2018年にリリース予定

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201816 / 37

Deep learning◼

L. G. Pang et al.

深層学習と重イオン衝突Transverse momentum spectra
状態方程式の1次相転移とクロスオーバーの違いを探る

Importance map: どの領域が分類にとって重要かの指標
数値的にイベント（現段階ではデータではない）を生成して状態方程式の違いを判別する

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201817 / 37

Deep learning◼

L. G. Pang et al.

深層学習と重イオン衝突
粒子分布のImportance map

約95%の精度で粒子分布から状態方程式の判定が可能
門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201818 / 37

Deep learning◼

H. Huang et al.

深層学習と重イオン衝突Transverse momentum spectra
流体発展の前後を学習(N=10000)させ、初期状態から結果を推測

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201819 / 37

2. 初期状態の理解

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201820 / 37

Early dynamics◼

N. Tanji and J. Berges

膨張系におけるクォーク生成
古典ヤン=ミルズ方程式とディラック方程式の実時間
格子シミュレーション

早いクォーク生成が誘起される十分時間が経った後はkinetic theoryの結果とコンシステント

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201821 / 37

Initial conditions◼

H. Mäntysaari and B. Schenke

S. Moreland et al.

JIMWLKで発展させsmall x依存性を探る
陽子の形: HERAデータから初期条件を決める
IP-Glasma初期条件の3次元への拡張

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201822 / 37

Initial states◼

P. Tribedy et al.

CGC+PYTHIAモデル
IP-Glasmaからのグルーオンをカラーストリングで繋ぐ

PYTHIAでfragmentさせることでハドロン化

小さな系の集団的フローを再現する

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201823 / 37

Initial states◼

M. Mace et al.

グルーオンの多粒子相関から有意なvnが出る

Cf: 流体計算

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201824 / 37

3. カイラル磁気効果と渦度の理解

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201825 / 37

カイラル磁気効果(CME)
CMS vs. STAR
Transverse momentumspectra
QM2017◼

CMS: pPbでも有限のスロープ

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 2018

QM2018

STAR: pAu, dAuでスロープは0とコンシステント

26 / 37

カイラル磁気流体◼

Hattori et al.

磁場が強く動的な場合の導出 Transverse momentum spectra

エントロピー増大則から構成方程式を導出

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201827 / 37

等バリオン衝突(Isobar)の評価◼

J. Liao et al.

量子異常-粘性流体(AVFD)模型
通常の流体の上でJRμとJLμに対する式を解き、補正として加える
観測量に有意に差が出る可能性

Ruの方が磁場が大きいので効果も（あれば）大きくなる
門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201828 / 37

STAR highlights – Λ polarization◼

T. Niida

流体の渦度がスピン偏極に変換
スピン軌道相互作用＋（あれば）磁場の効果
STAR Collaboration,
Nature 548, 62 (2017)

Λ(ハイペロン)は弱い相互作用を介して崩壊→パリティを破るため、スピンの方向へpが出て来る
門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201829 / 37Λ polarizationと流体模型◼

I. Karpenko et al.

衝突エネルギー依存性とpT依存性

エネルギー依存性は概ね合うが、化学ポテンシャル込みで粒子反粒子の補正が逆（磁場の影響？）
pT依存性ではunderestimate
門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201830 / 37Λ polarizationと流体模型◼

T. Niida

I. Karpenko et al.

Local polarizationpz (∝ <cosθp*>)の符号が実験データと流体計算で逆(AMPTでも同様の傾向)

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201831 / 37

流体模型とスピン

F. Becattini et al.

◼

現状の取り扱い: Freeze-outの時点で熱渦度から計算◼

スピン入り流体

W. Florkowski et al.

現状定式化に不完全性は残るが、方向性としては妥当？

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201832 / 37

φ and K*0 spin alignment◼

C. Zhou et al.

φ中間子とK*0中間子
有意な値 ρ00 ≠1/3 が見られる

単純なrecombinationでは説明不可衝突エネルギー依存性が小さい

Polarizationと違い渦場の強さに関連するため(?)
門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201833 / 37

4. まとめと展望

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201834 / 37

まとめと展望1. QGP流体模型: 粘性を超えた非平衡過程を取り込む動き- 異方性流体、Hydro+、揺らぎ流体，etc.

2. 初期状態の理解: 「熱化を促す」方向から「初期状態から集団的性質を生み出す」方向へ; 流体初期条件は高精度化- CGC+PYTHIA、グルーオン多粒子相関、3D IP-Glasma etc.

3. カイラル磁気効果・渦度の理解: 実験データに対して定量的な理論計算が出始めた段階; 今後の進展に期待- CMS vs. STAR、Λ偏極、スピン流体， etc.

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201835 / 37

International Conference◼

Quarks and Nuclear Physics 2018 (QNP 2018) in Tsukuba
Tsukuba International Congress Center
November 13-17, 2018
Abstract deadline: July 16, 2018
Details at
http://www-conf.kek.jp/qnp2018

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201836 / 37

Fine◼

Grazie per l'attenzione!

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201837 / 37

Quark Matter 2018◼

流体･初期･ CME･渦および理論以外の発表(一部抜粋)
QCD臨界点付近のスカラーモードにおけるタキオン不安定性 – T. Yokota
QCD熱力学におけるバリオンのパリティ二重項構造 – C. Sasaki
磁場中の高温高密度クォーク物質における電気伝導率 – K. Fukushima
波動関数デコヒーレンスによるクォーコニアの解離 – S. Kajimoto
原子核補正因子のエネルギーと系への依存性 – D. Sekihata
QGP中におけるクォーコニアの古典化 – S. Kajimoto
格子QCDに基づくベリー曲率の計算 – A. Yamamoto
格子QCDにおける量子ホロノミーのディラックモード展開 – T. Doi
ダイジェット事象におけるジェット由来フローの干渉 – Y. Tachibana
重フレーバーとクォーコニウム生成の統一された枠組み– K. Watanabe
ジェットに起因する励起への媒質の応答についての理論 – Y. Tachibana
J-PARCの重イオン衝突における超高密度物質の探査 – H. Sako
PHENIX 金-金衝突のc及びbクォーク収量の原子核補正因子 – T. Hachiya
PHENIX 金-金衝突のc及びbクォーク由来電子の方位角異方性 – T. Hachiya

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201838 / 37Quark Matter 2018◼

流体･初期･ CME･渦および理論以外の発表(一部抜粋)
PHENIX 200-19.6GeVの重陽子-金衝突における集団的性質 – K. Shigaki
sPHENIXにおけるSilicon Intermediate Trackerの研究開発状況– Y. Yamaguchi
STAR 200GeV金-金衝突における大局的なΛ偏極 – T. Niida
STAR 銅-金･金-金衝突での軸傾き及び密度非対称性によるv1 – T. Niida
STAR キュムラントの体積揺らぎと非二項効率補正 – T. Nonaka
STAR 金-金ネット電荷分布の6次キュムラントの測定 – T. SugiuraSTAR 金-金ネット粒子分布の高次及び非対角キュムラント – T. Nonaka
STAR ダイハドロン相関のイベント平面依存性 – R. Aoyama
ALICE 5TeV陽子-陽子衝突における中性中間子の測定 – H. Murakami
ALICE 重フレーバー生成の観測と重フレーバージェット – S. Sakai
ALICE 重陽子-鉛衝突におけるボトム及びチャーム生成 – D. Kawana
ALICE重陽子-鉛衝突における中央ラピディティでのJ/ψ抑制 – S. Hayashi
ALICE 5.02TeV鉛-鉛衝突におけるΛc/D0比の測定 – Y. Watanabe
ALICE 2.76/5.02TeVの陽子-陽子/鉛-鉛衝突におけるジェット – R. Hosokawa

門内晶彦 (KEK), HIC 35th & HIP 27th , June 30th 201839 / 37