1

高エネルギー重イオン衝突実験によるクォーク・グルーオン・プラズマ相の解明
1. 序
2. これまでにわかったことと日本グループの寄与
3. 今後の研究内容、研究組織と研究計画
4. まとめ

三明康郎 (筑波大学)
他 高エネルギー重イオン研究グループ
素粒子物理・原子核物理分野の「大型施設計画・大規模研究計画マスタープラン」
に関するシンポジウム (2016年2月12日 乃木坂)

2

1. 序
クォーク・グルーオン・プラズマとは？
研究目的、学術的意義

3

クォーク・グルーオン・プラズマ(QGP)とは？

加熱、圧縮

ハドロン

QGP

• クォークは通常、ハドロンの中に閉じ込められている.
• ハドロンを加熱(~150MeV)、圧縮(~1/fm3)する.
– クォークがハドロンの閉じ込めから解放されて、クォークとグ
ルーオンから成るプラズマ物質が生成 (クォーク・グルーオ
ン・プラズマ, QGP). 新たな物質の存在相4

研究目的① 初期宇宙の理解• 初期宇宙の様相と物質創生の謎を解き明かす– QGP＝ビッグバン直後(10μ秒後)の原始宇宙の姿.
– QGPの直後に、クォーク→ハドロン時代への相転移と物質創生.

5

研究目的② 相構造の理解
LHC
RHIC

J-PARC

Illustration: Alan Stonebraker• ハドロン物質の相構造、QGPとの相境界・臨界点を解き明かす.
– ハドロン物質にも通常物質と同様に豊かな相構造が存在する.
– 中性子星やクォーク星の理解– 相境界がどこにあるかはわかっていない.
! LHC, RHIC, J-PARCの3種の加速器を駆使して探求6

現在の高エネルギー重イオン実験拠点

2大拠点：RHIC実験

米国・ブルックヘブン国立研究所 (BNL)
RHIC 加速器 (2000-), 周長 3.8 km√sNN = 10-200 GeV Au+Au

7

将来計画(検討中): J-PARC
J-PARCでの重イオン加速案

ρ/ρ0	
Y.	
  Nara,	
  et	
  al,	  	
  PRC61,024901(1999)	
  	

J-PARCでの重イオン加速と重イオン実験を検討中• 2023頃の実験開始を目指す.
•
sNN = 2-6 GeV (RHICの最小エネルギー以下)• 108Hzの高衝突レート• LHC, RHICで探索できないρ/ρ0~5-10の高密度状態

8

2. これまでに分かったこと
日本グループの成果

9

日本グループの参画状況•

国際共同実験RHIC-PHENIX実験, LHC-ALICE実験に参加.

PHENIX

LHCb

ATLAS

STAR
ALICE

CMS

RHIC-PHENIX実験

LHC-ALICE実験

10

日本グループの寄与 (RHIC-PHENIX実験)•

PHENIX実験
–
–
–

•

実験遂行
–
–
–
–
–

•

154 本、総引用数:20,000 件以上

日本人博士号取得者–•

ビーム・ビーム検出器: 杉立(代表、広島大)
RICH検出器: 浜垣(代表、東大)
TOF, AGEL検出器: 三明(代表、筑波大)
Si-VTX検出器: 秋葉(代表、理研)
PHENIX-CCJ 解析センター : 理研

総論文数(査読出版のみ)–•

初代PHENIX実験代表:永宮
現PHENIX実験代表: 秋葉 (2016-)
Executive委員 : 江角、浜垣、他
講演者選定委員：秋葉(現)、中川(現)、下村(現)物理WGコンビナー : 志垣、江角、中條、浜垣、小沢、他

検出器運用
–
–
–
–
–

•

1991年に発足. 2000年より実験開始>500人、75の研究機関
12国内研究機関

43名

主な受賞
–
–
–

日本グループはPHENIX実験
を長きに亘り主導し、QGP生成の検証や性質解明に大きく貢献している

2011年度仁科記念賞(秋葉)
物理学会新人賞(荒巻(2013))
原子核談話会新人賞(郡司 (2009),深尾 (2009), 坂井 (2008), 中條(2005))

11

日本グループの寄与 (LHC-ALICE実験)•

ALICE実験
–
–
–

•

•

実験遂行
–
–
–
–

Collaboration board副代表: 浜垣(現)物理論文管理委員:浜垣 (現)講演者選定委員:杉立 (現)トリガー運用責任者: 大山––

月間ランコーディネーター: 大山、郡司
物理WGコンビナー:大山、O. Busch(現), 郡司 (現)

検出器運用
–
–
–
–

•

Tier-2センター: 広島大・杉立、筑波大・中條

総論文数(査読出版のみ)–•

フォトン検出器 : 杉立(副代表)
ダイジェットカロリメータ: 三明、中條(副代表)
タイムプロジェクションチェンバー(TPC): 郡司
検出器高度化: 大山、郡司、浜垣、志垣、中條

データ解析拠点–•

1993年に発足. 2009年に実験開始
1550人、151の研究機関
4国内研究機関139 本以上、総引用数:10,000 件以上

日本人博士号取得者–

3名

2010年より重イオン実験を開始.
日本グループは、データ解析や検出器増強の両面で貢献を拡大中QGPの発見@RHIC

10

10-11
0

12
ment non-perturbatively
into a set of final-state hadrons.
Thep (GeV/c)p (GeV/c) charT
T”hot/dense
QCDmedium”
dn
/dp
dy
AA
T
mated
RAA
= spray of hadrons resulting from= the fragmentation of an outg
0”QCD
vacuum”
Nbinary· dnpp(right)/dpT dyFig. 15. Invariant + called
yields measured
by PHENIX
in peripheral (left)
and central
a “jet”.
2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

QGP生成の証拠①
RAA

対方向に対の形で放出される（前のペーAuAu collisions (squares) [89], compared to the (TAA -scaled) pp → +0 + X cross section (cirを持つ二粒子の方位角の角度相関を取るcles) [134] and to a NLO pQCD calculation (curves and yellow band) [119].
関が観測される（赤色点）。（３）金+金
Au+Au - 200 GeV (central collisions):
Direct 2 , 2 * [PHENIX]が見られない（青色点）。（４）今回の• パートンのエネルギー損失の発見(2003)
Inclusive h [STAR]+ [PHENIX]
10の際と同様な反対方向の相関が強く見られ. [PHENIX]±

0– 高運動量粒子対の消失g

GLV energy loss (dN /dy = 1400)

衝突において、高い運動量を持つ粒子の収– 高運動量粒子の収量減少
金の衝突実験では収量の抑制は見られな

Ncoll scaling1! 高パートン密度のQGP物質
10-1

PHENIX (2003)

Npart scaling

0

2
4
6
8
10
12
14
特徴的エネルギー損失

16
18
20
p (GeV/c)T

Fig. 2. “Jet quenching” in a head-on nucleus-nucleus collision. Two quarks s
エネルギー損失が無い場合の予想 Fig. 16. RAA (pT ) measured in central AuAu at 200 GeV for +0 [89] and . [135] mesons,tering: one goes out directly to the vacuum, radiates a few gluons and hadrchargedhadrons[114], scatand direct photons [136, 137] compared to theoretical predictions fora head-on nucleus-nucleus collision. Two quarks
suffera hardgoes through the dense plasma
created (characterised by transport coefficientpartonenergy
loss
in
a
dense
medium with dN g /dy = 1400 (yellow curve) [138].
gｄ＋金衝突
tly to the vacuum, radiates a few gluons and hadronises, the dN
other/dy and temperature T ), suffers energy loss due to medium-induced glu
finally
sma created (characterised by transport coefficient q̂, gluon densityfragments outside into a (quenched) jet.

wwkk

bbgg <<

uu

PPttSSUUMMDD

RHIC energies is very
T ), suffers energy loss due to medium-inducedtopgluonstrahlung
andclose to the “participant scaling”, (Npart /2)/Ncoll ≈ 0.17,
expected in the strong quenchingwhere only
hadronsguns”
comingOne of the limit
first proposed“smokingof from
QGP partonsformation wa
nto a (quenched) jet.
produced at the surface of the medium show no final-state modifications in theiring” [6] i.e. the attenuation or disappearance of the spray of hadrons
spectra [141]. Fromthe
thefragmentation
RAA one can approximately
obtainthe fractionenergyof a parton having
sufferedenergyoflossin the den, via
金＋金衝突 lost, !loss = &pT /pT ducedin the reaction (Fig.
2). The energy lost by a particle in a me
1/(n−2)!
≈
1−R,on its properties. In a general
(36)
posed
“smoking
guns”
of
QGP
formationwas“jetquenchloss
ccaahhii
PPFF GGEESSUUMMDD
vides fundamental information
way, &E
AA
pedestal
and
flow
on
characteristicsof thetraversing(energy E,
when the
AuAu and frompp theinvariantspectra arebothparticle
a power-law
withitexponentn,massi.e. m, ation or disappearance of the spray of hadrons
resulting−nontheplasmaproperties(temperatureT,
particle-medium
interactio
AA having sufferedooenergy
QQLLII
pT # pT STAR	  [142].
At91	
  
RHIC
(n0≈
8, RAA ≈ 0.2), one finds !loss ≈ 0.2.
T dN/dPRL	  (2003)	
  72304	  partonloss in the1/p
dense
plasmaproandthickness
L),
i.e.
&E(E,
T, ', L). The(closely
The high-pT AuAu
can	
  1be
well m,reproducedby following
parton energy
lossrelated
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  suppression
	
  	
  	
  	
  PRL97	
  (2006)	
  62301	

bbgg <<((QGPの発見@RHIC

13

QGP生成の証拠②• パートンの集団運動の発見(2005)

大きな方位! 粘性の小さい理想流体パートン物質の生成– 大きな楕円的方位角異方性(v2). 流体計算で再現（２）方位角異方性

Pz 182301 (2003)
PPRL91,yR
pl eacan tio
e n

Z

mm
Px

yy
Y

方位角異方性
変換

x2
⇤
+ x2

kk

Pz

&&2200&& //

Px

kk

rrnn

p2y p2xv2 = ⇥ 2⇤
py + p2x

rrnn

p2y p2xv2 = ⇥ 2⇤
py + p2x

y 2 x2⇤
ecc = ⇥ 2
y + x2

X

Py

rrnn

mm

nn

PHENIX/R

0QGPの物性@LHC

141

e average transverse
momenR 3|pi, and ⇢ = d pf (p)/(2⇡)3ering centers in the matter.
energy loss can be expressed

PHENIX 2008 (0-5%)
LHCでの物性測定①
PHENIX 2012 (0-5%)0.8

q =0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.7 GeV 2/fm
0

• ジェットのエネルギー損失の直接測定
2
RAA

0.6

1 + (1 z)
0.4
q ~1.9 GeV2/fm`4T – 阻止能(単位長さあたりの運動量移行):y 失ったエネルギー`2T–! 大角度への低運動量粒子生成2E, y) sin
, (7)0.2
4Ez(1 z)
Quark Matter 2011, Annecy

21

t parameter
forJets
a quarkjet. CMS detector0in theCMSのジェット対イベント
6 ジェット起源ハドロンの収量抑制量
8
10
12
14
16
of 1 (1 z)/2 is includedとエネルギー損失の阻止能(q)依存性
p (GeV) 0T
sed in Refs. [80, 81] due to1
ity amplitude approximation
CMS (0-5%)
0

RAA

0.6
arXiv:1102.1957 [nucl-ex]

p·u
, (8)
p0

0.2
Phys.
Phys.
Rev.
Rev.
CC
90,
90,
014909014909(2014)(2014)

0

10

20

30

Quark Matter 2011, Annecy

out-of-cone

3Out-of-Cone
ΔR<0.8quarks and gluon) density inerature, Christof
f (⌧, Rolandr) is the fraction
ny given space and time, q̂0

0.4

40

50

In-ConeΔR<0.8f ) + q̂h (⌧, r)f ·18

ALICE & CMS
Alice (0-5%)
q =1.4, 1.8, 2.2, 2.6, 3.0 GeV 2/fm

0.8

on of jet transport parameproportional to local parton
on density in a hadronic gas.
volving medium, one can ex, 80]

CMS(2011)
ジェット対と20 落としたエネルギーの振る舞い
Christof Roland

d`2T

60

p (GeV)
T

70

80

90

100

[Alver, Roland, PRC81 (2010) 054905]

QGPの物性@LHC9 Reaction plane  nth order participant plane

15

LHCでの物性測定②

H Quantified as Fourier coefficients vn of
single-particle distribution wrt nth orderparticipant planedN• 粘性係数の定量的測定
 A1  2 n vn cos n(   n ) d• 方位角に対する高次の集団運動

3

to
be
H vn coefficients can be shown– 比粘性(ずれ粘性/エントロピー):
η/s
~
0.2
insensitive to single-particle weights(from corrections, see before)
ALICE, PLB, 708, (2012)

4

ALICE

Intriguing Results from p-Pb Collisions at the LHC 9 Jan Fiete Grosse-Oetringhaus
11
Gale et al. PRL110,012302 (2013)

0.14
v2
v3
v4
v5

0.12

〈vn 〉

2 1/2

0.1

ALICE data vn{2}, pT>0.2 GeV
η/s = 0.2

0.08

ALICE

0.06
0.04
0.02
0
0

10

20

30

40

50

centrality percentile

FIG. 4. (Color online) Root-mean-square anisotropic flow co-16

QGPはサラサラな物質• 比粘性(ずれ粘性/エントロピー)– η/s ~ 0.20 at LHC, η/s ~ 0.12 at RHIC

• QGPは、どの物質よりも粘性が小さい“サラサラ”な物質

4π	
  x	
  η/s	

17

3. 今後の研究内容、研究組織、
研究計画

明

18
ネルギ損失とソフトハドロン生成–5-1C$+(&/8%&V%4$A#&
エネルギー損失の通過距離依存性

まだ分かっていないこと①
QGPの阻止能– エネルギー損失の質量依存性① QGP物性とその温度依存性
QGPの媒質応答–
阻止能や輸送特性の精密測定
ジェットのエネルギー損失– 比ずれ粘性、体積粘性、阻止能、EOSなどとソフトハドロン生成の様子•
損失エネルギーの再分配鍵となる測定能性
グルーオン衝撃波→EOS
決定の可能性• ジェットや重クォークのエネルギー損失の高精度測定••– グルーオン衝撃波. 新たな粒子生成.
レプトン対やフォトンの収量、高次異方性の高精度測定
温度(T/T )種々のハドロンや重クォークの高次異方性の高精度測定– QGPの媒質応答. 音速. 状態方程式

Run-2:_8%+&41%.&/8%&./-1+()0&<1AI)%4&CA)9&D)1S%-&#1#%+/6#&IGF&
ジェット測定でわかるQGP物性

可欠に

RHIC+LHC温度領域c

落としたエネルギーの伝搬の様子 (Y. Tachibana)
低運動量粒子の角度分布 ! EOS, 音速に依存/-"+.$61+&/1&"&G%"9)0&<1AI)%4&I-1C%&D=$(=%-&#1#%+/6#&*TFc&

計（ダイ）ジェットサンプルが不可欠にット• ジェット通過によるQGP媒質応答失ったエネルギーの伝搬– 輸送特性、EOS、 音速• ジェット対、光子-ジェット– エネルギー損失の飛距離依存性• 重クォークジェット– エネルギー損失のパートン質量依存性、輸送特性

グルーオン衝撃波

ジェット(Run-2 に新規導入) + PHOS:ジェットl-1 トリガー導入（筑波大）

LHC-ALICE実験高度化とRHIC-sPHENIX実験で測定可能_8%+/-"+.$6

19

まだ分かっていないこと②② QCD物質の相構造、高密度QGPの性質– 臨界点、一次相転移•

LHC, RHICで高温度領域のQGP生成やその性質がわかりつつある.

•

高密度領域は、理論計算の精度も十分でなく、実験主導の沃野の分野.

LHC
RHIC

J-PARC! 高温度領域のQGP研究の大きな経験・知識・様々な測定量を、高密度領域のQGP研究に生かすことができる. 高密度領域への研究展開が可能に!!
! 重イオン実験の新しい潮流

Illustration: Alan Stonebraker•

揺らぎ、集団運動の高次異方性、レプトンやフォトンの測定

RHIC-STAR実験での衝突エネルギー走査実験( sNN<20 GeV)や
J-PARCでの重イオン衝突実験が研究の場.

20

LHC-ALICE実験高度化(2021-)
ALICE実験測定器の高速化(2021年完成予定)
日本グループが担当する検出器：• GEM-TPC連続読出高速化• 前方シリコン検出器• カロリメータ高速化• 高速データ収集系• グリッド計算機 (Tier2) の強化• 前方光子測定器(計画)• LHCの高輝度化、Pb-Pb衝突(50kHz)に対応• 全衝突事象を記録し、これまでの100倍のデータ
取得（ATLAS, CMS 実験では不可能）→ 高精度測定、レア事象へのアクセスが可能に• 物理目標– 重クォーク、ジェット、フォトン、レプトン対の高精度測定! QGPの媒質応答、物性の温度依存性

ALICE実験高度化の現状

41

ALPIDE#Si#MAPS#chip#(ITS/MFT)# GEMMTPC#upgrade
1.5cm#x#3cm#(512x1024#pxls)

ALICE実験高度化のTDR(ITS, MFT, GEM-TPC, 読み出し, DAQ)ALICE実験高度化: 総額€40M
LHCCによるエンドース(2012年9月)• 2012-2013に5編のTDRの提出. LHCCに•よるエンドース. 公式なプロジェクト.
• ITS/MFT/TPC/electronics/DAQ
2016: 数年に亘るR&Dからマスプロへ

21

RHIC-sPHENIX実験(2022-)• 物理目標– ジェット、重クォークの高精度測定から、RHICエネルギーでのQGP中でのエネルギー損失や輸送係数の温度依存性を解明
RHIC-sPHENIX実験• ジェット、重クォーク、Υの測定に特化. 2022年から開始予定• 2015年4月にDOEサイエンスレビューで「勧告なし」の高評価
日本グループが担当する検出器：• 7層のシリコン飛跡検出器

Trackin

Outer HCal
SiSolenoid
tracker reference desHCal strips and pixels• Inner
7 layers• EMCalAchieves design goals of pa

IP recognition and100 MeV ma•

resolution on Upsilon states
Total thickness ~10%X0

GEANT4 simulation

https://github.com/sPHENIX-Collaboration
September 29, 2015

9

7層のシリコン
飛跡検出器

22

RHIC-STAR実験(2019-2020)とJ-PARC重イオン実験(2023-)• 物理目標– 衝突エネルギー走査実験(@RHIC-STAR実験)や高ビーム輝度を用いた重イオン実験(@J-PARC)による臨界点の探索、相構造の研究
RHIC-STAR実験 (2019-2020)• 日本グループの新規参加. 衝突反応面検出器の建設• 揺らぎ、集団運動の測定. これまでの10倍の統計
J-PARCでの重イオン実験• 2023年の開始を目指す.
• ρ/ρ0~ 5-10の高密度物質の研究.

臨界点
を示唆？

J-­‐PARC	RHIC-STAR実験
12カ国、56機関、590人からなる
国際共同実験

X. Luo, QM2015

Net proton数の4次の揺らぎSTAR-­‐BES-­‐II	

23

研究実行組織• 参加機関– 筑波大学(母体:数理物質融合科学センター)、東京大学、広島大学– 理化学研究所、長崎総合科学大学、奈良女子大、J-PARC– (研究協力)大阪大学核物理研究センター• ハドロン物理に関する共同研究協力. 重イオン物理のサポート.

– (連携)国内理論グループ• 参加人数– 50人程度

計画責任者
三明康郎(筑波大学)

研究連携
・CERN, BNL
・国内理論グループ

LHC実験
筑波大学

RHIC実験
理化学研究所

J-PARC実験
J-PARC

東京大学、筑波大学、広島大学、理化学研究所、長崎総合科学大学、奈良女子大学、J-PARC

24

研究計画と予算規模
本研究期間 (H28-H38の10年間)

H28-H33

H33-H38
超高温QGP物性の精密研究

超高温QGPの研究

LHC-ALICE実験(H28-H38), RHIC-sPHENIX実験(H34-H35)遂行. 運営費: 8億円
LHC-ALICE実験高度化• 前方シリコン、GEM-TPC• 高速読み出し、コンピューティング• カロリメータ
H33年に完成予定。予算総額=16億
RHIC-sPHENIX実験• シリコン飛跡検出器
H34年に完成予定。予算総額=8.5億円

予算規模 (総額~35億円)
LHC実験 ~21億円
RHIC実験 ~12億円
J-PARC実験(R&D) ~2億円

測定器技術、人的資源

QCD相構造の研究
RHIC-STAR実験でのBES-II• 衝突反応面測定器
予算総額=0.5億円
J-PARCでの重イオン加速器R&D
重イオン実験測定器R&D(2億円)

J-PARC重イオン
入射器建設、実験測定器建設

J-PARCでの重イオン実験
(H35年頃の開始)

25

4. まとめ•高エネルギー重イオン衝突によるQGPの研究は、原子核物理分野における重要課題の一つ.
– 初期宇宙、物質創生、QCD物質の相構造、中性子星の内部構造•

高エネルギー重イオン衝突実験の現状– 日本から大きな貢献(RHIC-PHENIX, LHC-ALICE実験)– この10年で大きな進展. 発見から物性研究へ•

高エネルギー重イオン衝突実験の今後– RHICとLHCでのQGP物性の精密研究. 初期宇宙の様相のさらなる理解.
• LHC-ALICE実験高度化、新sPHENIX実験によって、さらなる研究進展が期待– RHICでの衝突エネルギー走査実験. QCD物質の相構造の解明.
• 日本グループのSTAR実験への参加.

– J-PARCでの重イオン加速と実験. QCD相構造の研究と中性子星の内部構造• J-PARCの高ビーム強度を利用.

•

これらのプロジェクトを推進し、今後とも日本グループの主導性を確保し、当該分野の発展に寄与する.

26

バックアップ27

研究目的ー中性子星の内部構造の理解
http://chandra.harvard.edu/resources/illustrations/neutronStars.html

Baade-Zwicky (’34)

N. Itoh (’70)
E. Witten (’84)• 中性子星やクォーク星の内部構造を解き明かす.
– 中性子星やクォーク星(未発見)は大きな恒星の最後の姿.
– 高密度なコアが存在し、そこはクォーク・グルーオン・プラズマが実現している可能性がある.

28

揺らぎの測定で迫る臨界点の探索• 臨界点近傍では保存量の揺らぎが増大
Theory	•

M.A. Stephanov,
PRL107, 052301 (2011).

臨界点を示唆する結果はまだない。

29

研究計画
2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

LHC Run2

RHIC RunsPHENIX実験の遂行と物理解析

PHENIXのデータ解析
sPHENIX検出器R＆Dと建設 (VTX検出器)

White Paper
J-PARC-PAC
へのLOI (7月)

2024

ALICE実験高度化の完了
LHC Run3実験と物理解析
Forward spectrometer R&D

RHIC BES-IISTARへの参加, EPDの建設

2023

LHC Run3

LHC Run2実験と物理解析
ALICE実験高度化(TPC高度化, MFT建設, O2,
コンピューティング強化)の遂行
FoCAL R&D

RHIC Run

2022

STAR BES-II実験の遂行と物理解析

加速器 (イオン源、Linac, ブースター)
J-PARCでの重イオン実験

2025

30

研究予算規模• LHC実験– 検出器高度化(合計:16億円)• TPC高度化(5億), MFT建設(2億), コンピューティング(DAQ(2億), Tier-2(2億))• FoCALおよびForward Spectrometer(5億)– 実験諸経費 (合計: 5億円 (0.5億/年))– 合計: 21億円程度• RHIC実験– 検出器高度化 (合計: 9億円)
• sPHENIX実験用VTX検出器(8.5億)• STAR実験用EPD検出器(0.5億)– 実験諸経費 (合計: 3億円 (0.3億円/年))– 合計: 12億円程度• J-PARC実験– 加速器R&D (1億)– 重イオン実験検出器R&D (1億)– 合計: 2億円

31

まだ分かっていないこと①① QGP物性の温度依存性

ハドロン生成→膨張

ラス凝縮？）

35
30
25
20
15
10

η/s / (1/4π)

String Theory Bound (KSS)pQCD (AMY)hydro+IQCD
Hadron Gas
Lattice QCD (gluodynamics)
semi-QGPQPM (finite µ )BScenario I, II, III

40
35
30

I

25
20

II

15
10

5
0
0

鍵となる測定String Theory Bound (KSS)pQCD (AMY)hydro+IQCD
Hadron Gas
Lattice QCD (gluodynamics)
semi-QGPQPM (finite µ )BHydro Fit (Niemi et al.)Hydro Fit (Song - a)Hydro Fit (Song - b)

40

QGPの阻止能η/s / (1/4π)

比ずれ粘性 : η/s/(1/4π)ないこと– 比ずれ粘性、体積粘性、阻止能、EOSなど
What is the temperature dependence of the QGP?

The Physics Case for sPHENIX

KSS Bound
0.5

1

1.5

2

2.5

3
3.5
4
Temperature (T/Tc)

5
0
0

III
0.5

1

1.5

2

2.5

3
3.5
4
Temperature (T/Tc)

RHIC+LHC温度領域
Figure 1.5: (Left) Shear温度
Viscosity
dividedrenormalized by )the(T/Tc) by entropy density, /s, 温度(T/Tcconjectured KSS bound as a function of the reduced temperature, T/T , with various calcuclations for the quark-gluon plasma case. See text for discussion. (Right) Figure with threeconjectured scenarios for the quark-gluon plasma transitioning from the strongly coupled
ジェットや重クォークのエネルギー損失の高精度測定! 阻止能、EOSの決定
bound (as a near perfect fluid) to the weakly coupled case.

•等)の温度依存性IC)•

レプトン対やフォトンの収量、高次異方性の高精度測定 ! EOS, 温度、粘性の決定•

種々のハドロンや重クォークの高次異方性の高精度測定! 粘性の決定more perfect at LHC energy.”
Shown in Figure 1.5 (right panel) are three possible scenarios for a more or less rapid
LHC-ALICE実験高度化とRHIC-sPHENIX実験で測定可能
modification of the medium from the strong to the weak coupling limit. Scenario I has

の通過距離依存性

32•
ジェット対、光子-ジェット対、重解明
ートンエネルギー損失機構の解明
ジェット測定でわかるQGP物性
エネルギ損失とソフトハドロン生成–5-1C$+(&/8%&V%4$A#&
エネルギー損失の通過距離依存性

成
ルギ損失とソフトハドロン生成

5-1C$+(&/8%&V%4$A#&– エネルギー損失の質量依存性• LHCで大きな断面積
QGPの媒質応答• ジェットを基軸とした新たな観測量– 阻止能や輸送特性の精密測定
Pの媒質応答– ジェット通過によるQGP媒質応答

ジェットのエネルギー損失とソフトハドロン生成の様子•
損失エネルギーの再分配
ルーオン衝撃波→EOS
決定の可能性 決定の可能性
可能性
グルーオン衝撃波→EOS– ジェット対、光子-ジェット• 輸送特性– グルーオン衝撃波. 新たな粒子生成.
un-2: – 重クォークジェット– QGPの媒質応答. 音速. 状態方程式• エネルギー損失のパートン質量依存性 _8%+&41%.&/8%&./-1+()0&<1AI)%4&CA)9&D)1S%-&#1#%• エネルギー損失の飛距離依存性

E Run-2:/-"+.$61+&/1&"&G%"9)0&<1AI)%4&I-1C%&D=$(=%-&#1#%+_8%+&41%.&/8%&./-1+()0&<1AI)%4&CA)9&D)1S%-&#1#%+/6#&IGF&（ダイ）ジェットサンプルが不可欠に落としたエネルギーの伝搬の様子 (Y. Tachibana)– 失ったエネルギーの再分配

低運動量粒子の角度分布 ! EOS, 音速に依存
不可欠に /-"+.$61+&/1&"&G%"9)0&<1AI)%4&I-1C%&D=$(=%-&#1#%+/6#&*TFc&• EOS、音速

un-2 に新規導入) + PHOS:ジェット
統計（ダイ）ジェットサンプルが不可欠に• RHICとLHCで相補的な測定ェット
グルーオン衝撃波– RHIC
トリガー導入（筑波大）

ジェット

al(Run-2– LHCに新規導入) + PHOS:ジェット• Tc付近の物性• Tcから離れたところの物性

_8
/-"+.

33

RHIC-STAR実験とJ-PARC重イオン実験

of CP determines the shape of the phase diagram, and CP
beam• energy
scan (BES) program at RHIC [9] and will be
RHIC-STAR実験での衝突エネルギー走査実験(BES-II)ties such as FAIR, NICA, and heavy-ion beam facilities at– 2019-2020, sNN = 7.7 - 20 GeV
outline of –the揺らぎや集団運動の測定.
two lectures given in ”Dense
Matter School
BES-I(2010-2014)よりx10の統計
SQM), I explained basic idea to describe the chiral phaseeatment of– a日本グループの新規参入.
chiral eﬀective model. In 衝突反応面検出器の建設.
the second lecture
an describe the QCD phase diagram in the strong-coupling• J-PARCでの重イオン実験 ( s boundary,= 2-6 GeV)
ﬀects of isospin chemical potential on the phaseNN
Net protonの4次の揺らぎ
t star phenomena.
– 世界最高強度のビーム(108Hz)を用いた

レア事象の探索とQCD相構造の研究
300

Evn.
Ave.

T (MeV)

250

臨界点
を示唆？

200

STAR-­‐BES-­‐II	

150
100

J-­‐PARC	

50
25 AGeV002

Ohnishi A 2002

4

6
8
ρb/ρ0

10

12

14
X. Luo, QM2015

34

研究手法: 高エネルギー重イオン衝突• 光速近くまで加速した重イオン同士を衝突し、衝突直後に数兆度のクォーク・グルーオン・プラズマ（リトルバン）を生成する.

衝突前・重イオンはほぼ光速で
衝突する

衝突直後

クォーク・グルーオン
・プラズマ状態

ハドロン物質クォーク・グルーオン
・プラズマが膨張し冷えてハドロン化する

35

25

研究概要
実験的取り組み
LHC-ALICE実験高度化とRHIC-sPHENIX実験の建設と推進①① 超高温QGP物質の物性研究を推進"– 高次集団運動、重クォーク、ジェットクエンチング、失ったエネルギーの伝
LHC, RHICでの高エネルギー重イオン実験を遂行
搬の高精度測定、透過プローブ(レプトン対、フォトン)の高精度測定" LHC-ALICE実験高度化、RHIC-sPHENIX実験の推進– これらの精密測定によるQGPの物性研究(EOS,

粘性、阻止能)、閉じ込

め・カイラル対称性の検証② QCD相構造の研究を推進② RHIC-STAR実験への参加と衝突エネルギー走査実験の遂行" RHIC-STAR実験での衝突エネルギー走査実験– エネルギー走査実験によるQCD相構造の解明、高密度QGPの性質研究" J-PARCでの重イオン実験③ J-PARCでの重イオン加速と重イオン実験– 高ビーム輝度を生かしたQCDの相構造の解明、高密度QGPの性質研究

LHC-ALICE

RHIC-sPHENIX

RHIC-STAR
Outer HCal
Solenoid
Inner HCal
EMCal
IP

GEANT4 simulation

https://github.com/sPHENIX-Collaboration
September 29, 20159