When a plasma shines
H. Fujii(U Tokyo, Komama)in collaboration with
K. Itakura, C. Nonaka

https://www.nasa.gov/jpl/herschel/crab-nebula-pia17563

QGP生成を示唆する３観測量(RHIC)●●●

ハドロン集団の流れ：
パートン相の圧力
高運動量粒子の抑制：
高密度な散乱体の存在
直接光子の観測：
プラズマからの熱放射

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

ref?

d+Au

PRL91 072304 (2003)

A.Adare et al.
(PHENIX)●

直接光子生成の増大を観測！

●

Tslope=221±19±19 MeV●

Tinit ~ 300 – 600 MeV ≫ Tc–at 0.6 – 0.15 fm/c
(流体モデル計算）

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

アウトライン光子生成：●
光子パズル：●

簡単な復習
部分的動機付け– 見逃された光子生成機構?
●

放射再結合過程– 概念– ReCo模型の拡張– シンプルセットアップでの結果●

展望HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

HICの火玉は、始終、輝いている●

原子核衝突事象サイズ R ≪ λmean– 透過性プローブ– それぞれの生成時空点の情報を運ぶ
– 全収量

●

＝ 事象寿命にわたる積分

しかし、少収量– EM：strong ~ α αs : αs2 ~ 1 : 40

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

光子の起源Campbell@QM2017を改変
HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

光子の起源●（直接光子）＝（全光子）ー（ハドロン崩壊光子）

坂口WWND（２０１２）
HIP@Osaka 2018/Jan/12H. Fujii (UTokyo)

熱的光子（ k < 2−3 GeV / c）
TdN43d xd k●=−μIm
Π1μ (k)

1=3E /T(2 π) E e − 1

プラズマ相： HTLHIP@Osaka 2018/Jan/12∼ α α s T 2 e− E/ T●

ハドロン相： モデル

H. Fujii (UTokyo)

熱的光子（ k < 2−3 GeV / c）
TdN
43d xd k●=−μImΠ1μ (k)

1=3E /T(2 π) E e − 1

プラズマ相： HTL
高温⇒高生成率
70's Shuryak, ...

∼ α α s T 2 e− E/ T●

ハドロン相： モデル
低温⇒低生成率註）T~150 MeVでは“The hadron gas shines asbrightly as the QGP”
90's Kapusta-Lichard-Seibert

Paquet et al. (2016)

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

熱的光子（ k < 2−3 GeV / c）
TdN
43d xd k●=−μImΠ
1μ (k)

1=3E /T(2 π) E e − 1

プラズマ相： HTL∼ α αsT●

2e−E /T

ハドロン相： モデル

高温⇒高生成率

低温⇒低生成率

小時空体積

大時空体積、集団流れ

収量に同じく寄与
HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

熱的光子の放射時刻と温度
プラズマのもっとも輝く時

Shen et al. PRC89,044910 (2014)

粘性流体モデル：クロスオーバー
内挿 184 < T < 220 MeV
化学凍結 T=165 MeV
相転移領域から収量が大●ハドロン相ソースの有効温度は大きく青方遷移（動径方向流れの影響）●HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

PHENIX, PRL109 (2012)

直接光子の”パズル”

高収量（高温？） vs 強い楕円形流れ（ハドロン起源？）
van Hees et al. PRC84,054906 (2011)

シンプルな火の玉模型：(aT : 動径加速割合）● QGPの窓は、意外に狭い● 収量の調整後も、v２不足

収量を増やすHIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

直接光子の”パズル”

PHENIX, PRL109 (2012)
PRC94 (2016)

高収量（高温？） vs 強い楕円形流れ（ハドロン起源？）
Paquet et al. PRC93,044906(2016)（最新）粘性流体＋UrQMDモデル
収量不足、v２不足
熱的光子成分のみのv2が一致！？
⇒別の”ハドロン相”起源光子か？

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

光子の起源 （改）Photon emission athadronization
Young-PrattCampbell
HF-Itakura-Nonaka

Campbell@QM2017を改変
HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

放射再結合プラズマが中性化する際の光放射●
光分解の逆過程●

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

放射再結合●グロー放電： e+I+ → A+γ
https://en.wikipedia.org/wiki/Glow_discharge●

宇宙の晴れ上がり（CMB）:
e+p → H+γ
http://m.esa.int/spaceinimages/Images/2013/03/Planck_CMB●

星雲の発光: e+p →H+γ●

pp chain, CNO cycle, ..

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

https://apod.nasa.gov/

放射再結合●free-bound 遷移cont.

– エネルギー・運動量の保存– ハドロン化過程に伴う放射●“free”-”free” 遷移γb.s.

Bjorken+Bag model– QGP熱放射– ハドロン熱放射

物理的に異なる過程
HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

Fig: Phys.Rept.364 (modified)放射再結合の光分布に期待する特徴●

ハドロン化過程のエネルギーを持ち去る– 収量大？（グルーオンは非透過）
– Cf.

●

超新星爆発の99%エネルギーをνが持ち去る

強いプラズマ集団流の影響を反映できる
Bjorken+Bag model●

光子パズルを埋める可能性

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

Fig: Phys.Rept.364 (modified)放射再結合のモデル化●

ハドロン化過程： 非摂動な未解決問題

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

放射再結合のモデル化●

クォーク再結合模型（ReCo）：pT ~ 2 GeVで有用
低運動量～１GeV：
流体＋Cooper-Frye公式
quarks

高運動量＞～３GeV：
パートンのフラグメンテーション

hadronsReCo
fragmenting
parton:ph = z p, z<1
recombining
partons:
p1+p2=phHIP@Osaka 2018/Jan/12

Frag.

H. Fujii (UTokyo)

Fries, Mueller, CN and Bass,
PRC68(2003)

クォーク数スケーリング
pT = nq pTqv2 ( pT ) ∼ nq v2q ( pTq ) = nq v2q ( pT / nq )√KE T = M 2 + p2T − MHIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

PHENIX,nucl-ex:0608033

放射再結合のモデル化●

クォーク再結合模型の問題点：– エントロピーの減少・エネルギー保存の破れ●

放射クォーク再結合模型– ２段階模型：中間状態生成＋光子放出– 保存則を満足オリジナルReCo模型
HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

光子放出

規格化

●

光子生成の評価

中間状態ρ（M*）

●

ReCo

●

一般に連続スペクトル

クォーク分布

ここでは、簡単に

w a ( p) ∼ γ e− p⋅u/ T~ δ（M*ー2Mq）

u: 流体速度場
中間状態分布dN M∗
3d P
HIP@Osaka 2018/Jan/12−P /T eff

∼ wa ( p)2 ∼ e
H. Fujii (UTokyo)

光子放出
M*静止系で等方P方向にブーストシンプルセットアップの数値結果●放射クォーク再結合模型による光子のみ

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

ハドロン生成 vs 中心度●

パラメタ
M*=2Mq=0.6 GeV
vT=0.55
Th = 155 MeV
γud=1, γud=0.9

ハドロンに対するReCoの成功をたもつ
HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

光子生成
●

パラメタ
κ=0.2 (中心衝突でfix）●

結果：Tslope(2-5 GeV)
M* ... 331 MeV
M ... 342 MeVγ●... 322 MeV

光子温度も同様に青方偏位

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

光子の楕円フローv２●

パラメタ： パートンv2●

結果： π、γ同程度のv2をもつ

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

p0 = 1.2 GeVK 収量 vs 中心度●

パラメタ：K
M*=Mq+Ms=0.8 GeVHIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

（π、γ） 、 （K、γ）●

パラメタ：K
M*=Mq+Ms=0.8 GeV(κπ=0.1, κK=0.67)●

結果：Tslope(2-5GeV)
K ... 360 MeV
γK ... 206 MeV(280 [.5-1.2])

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

LHCでの比較●

パラメタvT = 0.65
Th = 155 MeV
γq = 1HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)

展望●

HIC全ての段階から光子生成がある●

ハドロン化過程放射の定量化が必須●

観測と理論の不一致を埋める可能性– 光子の収量・集団流れともに＋に作用●

放射再結合モデルの精緻化– バリオン、中間状態の扱い、..., etc.

Young-Pratt, Campbell
異なる定式化の模索●
衝突事象シミュレーションへ●

HIP@Osaka 2018/Jan/12

H. Fujii (UTokyo)