相対論的重イオン衝突実験20年〜QGP signatures〜

筑波大学

三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

名誉教授／特命教授
三明康郎

1

ら

か

ス
の

昔

ド
イ
ラ

９０年代に考えられていたこと
三明「PHENIXの目指すもの」原子核研究36(1993)33

PHENIX, preliminary conceptual design report,1992

Radial flow
(JACEE event)φ mass shift

J/ψ suppression？

thermal photon

Jet enhancement !?

三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

2

頃

20

年
7
0

•
Jet quench

J/ψ suppression(sequential)

Anisotropic flow

理科大「物理学特別講義Ｂ」、2007/12/06

QGP生成のSignature

様々な実験的証拠(Signature)が理論家から提案された✓ Strangeness
Enhancement✓ 巨大ハドロンガスの出現✓ デバイ遮蔽効果（J/ψ抑制効果）✓ EoSのSoftening（１次の相転移）✓ 熱的光子による高温状態の直接観測✓ 質量の変化（前駆現象として➡ クォークレベルで統計力学的取り扱
いすることが可能であり、かつ、思考経済的にも得すること。
➡ クォークレベルの導入が不可欠な現象が見られること
3

年
1
2
0
2

三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

4

①Fire Ballの概念の確立〜Freeze-out〜↓
DynamicなAA衝突の標準的描像が確立

5

う
伴 な
を
張 amicス
膨 n セ
Dy ロ
プ

Freeze-outの概念
R

に

共

と
間

時

R

R
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

りとりする• 断熱膨張と共に密度と温度が低下• 密度低下のために粒子同士の衝突がなく

張

膨

R≫λ

✓膨張するFireBallを考える• 当初は互いに衝突し、運動量を互いにや

R>λなり各粒子の運動量が固定される瞬間➡運動学的 Freeze-outR∼λ✓２つの大切なパラメータ• FireBallの大きさ； R1λ=• 平均自由行程；nσ✓Freeze-outの条件

R∼λ

数密度

断面積

6

原子核・原子核衝突の時空発展
FireBall

Minkowski空間✓膨張とともに温度低下• Big Bang ; ３次元的膨張• Little Bang ; １次元的膨張✓２つのFreeze-out① 化学的 Freeze-out➡粒子生成が終わる② 運動学的 Freeze-out➡運動量のやり取りが終わる✓３つの温度• Tc ; QGP→ハドロン相転移• Tchem ; 化学平衡温度• Tkin ；運動学的温度↓
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

DynamicなAA衝突の標準的描像が確立 7

め
た
の
屋 力学
験
実 流体
の

横運動量分布とBlast Wave Model〜

運動学的 Freezeout〜

PHENIX, PRC69,034909(2004)
爆発的膨張速度の様子

R
pT sinh(ρ)
mT cosh(ρ)
dN∝drmT I0()K1()
pTdpT ∫0TT
β = βs(r/R)nI0, K1; Bessel functions✓流体力学的膨張模型に基づいて横運動量分布をフィット• 例）温度〜100MeV、膨張速度〜80%➡フィットする横運動量領域に依存するが、三明＠宇宙史センター(2022.3.24)< 2GeV/cの運動量分布を良く記述できる

8

RHICとLHCのFBの比較
ALICE, PRC88(2013)044910✓低横運動量分布をRHIC, LHCで周辺衝突から中心衝突まで測定
し、BWMで解釈✓横軸；dN/dη(多重度)➡FireBallの体積に比例✓多重度(Centrality)と共に• 膨張速度 増加• 温度 低下➡運動学的Freeze-out？

✓RHICとLHCで良い一致！
• FireBallが大きいほど温度が低いのはなぜだろう？
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

9様々な粒子種間の化学平衡〜

化学的 Freezeoutgini = 2
2

⇥
0

p2 dp
e(Ei µi )/T ± 1

Nucl.Phys.A904(2013)535c〜

dN∝ exp(−m /Tchem)dy
Nature 561(2018)321✓様々な種類のハドロンの生成量が温度、化学ポテンシャル、体積というたった３つの変数で説明• ３桁〜９桁に及ぶ生成量比（驚異的、偶然とは思えない）✓クォークの化学平衡を仮定した統計模型と測定データが良い一致• RHICとLHCでほぼ同じ温度。LHCでは体積が大きい！
• 化学平衡時の温度はLattice QCDが予想する相転移点付近
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

Nuclearcoalescencevs. thermal
production?

10

様々なビームエネルギーで解析された
化学平衡温度← RHIC 130GeV Au+Au(T = 165.5MeV, μB~38 MeV)

← SPS 17GeV Pb+Pb(T = 160MeV, μB~240 MeV)AGS 4.8GeV Au+Au →(T = 124MeV, μB~537 MeV)
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

11原子核・原子核衝突の様相
STAR, Phys.Rev. C96(2017)044904
Chemical Freezeout

Kinematical
Freezeout

Tch
Tkin

Nature 561(2018)321✓化学平衡温度、運動学的温度；• √SNN~10 GeV以上で一定• √SNN = 2~10 GeVで急速に変化✓バリオン密度 μB；• √SNN~100 GeV以上で一定➡Bjorken領域
Radial Flow

• √SNN~10 GeV以下で極めて大きく➡Landau領域↓
DynamicなAA衝突の標準的描像が確立
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)↓
精密科学への道筋へ

12

②Anisotropic
Flow
て
じ 憤
信 鬱
は の
で 年
w
lo た積
F
l
っ
a
i
か
d
Ra えな
ら
も

〜流体力学的振舞の確立〜
↓
統計力学

13

初期状態のアーモンド形状／座標空間異方性から終状態の運動量空間異方性に変換される様子
2

初期状態

2

y
x
⇤
ecc = ⇥ 2
2
y +x

1
=
n

終状態

p2y p2xv2 = ⇥ 2⇤2
py + px

流体力学 !

λλ/R → 0v2
λ=∞t [fm/c]✓反応初期に座標空間異方性から運動量空間異方性に変換される！
• 〜2fm/c程度の反応初期の密度分布情報を強く反映

三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

14流体計算ときっちり比較できる喜び
座標空間
における
Eccentricity

Re
pl ac
an tioe n

初期状態（座標空間）

22

yx⇤
ecc = ⇥ 22
y +x

‣ 流体力学模型は初期状態から終状
p2y p2x運動量空間
態を計算
における v2 = ⇥ 2
Eccentricity‣ 実験的に初期状態と終状態を測定可実験

Z

2nd Fourier
Harmonics⇤2

py + pxPy

終状態（運動量空間）
Pz

Px

比較
Y
X

INPUT

理論

流体力学模型計算

OUTPUT

Viscosity, EOSなどのパラメータの検証

精密科学への道筋
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

15

PHENIX TOF粒子識別の成果
大きな方位角異方性 v2
方位角異方性/クォーク数

PHENIX PRL 98(2007)162301
Au+Au 200 GeV

横運動エネルギー/クォーク数✓大きな楕円的方位角異方性 (v2) の観測- 極めて早く熱化している〜 0.6 fm/c
- 完全流体! →強結合 QGP の発見- クォーク数 (nq) スケーリング

v2 ; 方位角分布のフーリエ第２成分
∞
d 3N
d2N
E 3 =
1+
2vn cos[n(ϕ − Ψr )])(∑d p
2πpT dpT dy
n=1→パートンレベルで異方性が生成
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

16

現実の原子核・原子核衝突で起こっている揺らぎからQGPの粘性の情報
現実の原子核・原子核衝突では核子数と衝突確率が有限であることから、揺らぎが発生→高次のフーリエ成分
Schenke and Jeon, Phys.Rev.Lett.106:042301

Slide from Marco vanLeeuwen

η/s = 0時間発展

η/s = 0.16

✓揺らぎを起源とする高次成分✓QGP物性の一つである粘性が反映

三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

17

非常に小さい比粘性（η／s）
ALICE, PLB, 708, (2012)

Gale et al. PRL110,012302 (2013)✓２粒子方位角相関測定によりv2~v5までのフーリエ成分測定• 高統計測定により達成✓流体力学模型との比較により
η/s ∼ 0.12 (RHIC) − 0.2 (LHC) と推定
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)←驚異的に小さな粘性（理想流体）
18

より詳細な解析〜 Bayesian Analysis 〜
J. E. Bernhard, J. S. Moreland, S. A. Bass , Nat. Phys. 15(11), 1113–1117 (2019)
JETSCAPE, PhysRevLett.126(2021)242301✓Bayesian Parameter Estimation法による多種の実験データと理論模型の丁寧な比較• v1-v4だけでなく、荷電粒子収量、ET、π、K、pの平均pTも比較対象• 実験データで理論模型のパラメータ制約範囲を決定する解析手法
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)←やはり驚異的に小さな粘性

今後さらに精密化できるか？

19

（特）
Quark
Coalescence〜クォークレベルの自由度〜↓“クォークレベル”を如実に示す！

20

クォーク融合反応(Quark Coalescence/Recombination)✓ＱＧＰ特有のハドロン生成メカニズム？
Hadron化するときに運動量空間、座標空間共に近傍にいたクォークが融合する（核子のCoalescence反応は低エネルギー原子核原子核衝突でよく知られた現象）





(2q)

p
W M ( pt ) ≈ CM ⋅ w ( t 2 )
2





(3q)

p
W B ( pt ) ≈ CB ⋅ w ( t 3 )3€w(pt)；€


三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

ユニバーサルなクォークの運動量分布
融合確率CBは決して大きくないが、ptと共に急速に減少する分布の場合、陽子のpt/3の方が有利になる

21

クォーク数スケーリングとクォーク融合反応〜 QGP特有の粒子生成メカニズム 〜


✓




→ Quark Number Scaling





(2q)

dN M
2
2
∝ w = (1+ 2v 2,q cos2φ )dφ≈ (1+ 4v 2,q cos2φ )クォーク数比；2:3


€



(3q)

dN B
∝ w 3 = (1+ 2v 2,q cos2φ ) 3dφ≈ (1+ 6v 2,q cos2φ )w；クォークの方位角分布€
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

w ∝ (1+ 2v 2,q cos2φ )22

バリオン異常生成
Phenix; P.R.L. 91(2003)172301✓ 高横運動量領域での p/π 比に異常を発見✓ Au+Au周辺衝突では p/π 比は、eeやpp衝突と同等であるが、✓ Au+Au中心衝突では p/π 比は非常に大きい★

Fragmentation process では
ee/ppに見られるように np < nπ

✓ Au+Au衝突では別の生成機構が！？
ê
Quark Recombination Model(Quark Coalescence Model)

三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

23

Strangenessを含むバリオンでもQuark Coalescence模型✓AA中心衝突では陽子と同様にストレンジネスを含むバリオンΛも生成増大• 同様のCentrality依存性
AA中心衝突の3GeV/c付近に現れる固有の現象• RHICとLHCと同程度の効果
ê• pA衝突は周辺衝突（pp衝突）と同じ
Quark Recombination Model(Quark Coalescence Model)• Jet中では増大しない
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)24

クォーク数スケーリングの成立要件？

✓周辺衝突では、中心衝突ほどよく成立しない➡QGP起源の割合が多いソフトな成分では成立するが、ジェッv 2{2, |∆η|>2}

クォーク数スケーリング；

π±
K±
p+p
φ
K0S
Λ+Λ

ALICE Pb−Pb s NN = 5.02 TeV|y | < 0.5, 10-20%

0.3

0.2

ト起源のハードな成分では成り立たない✓ハード成分の割合が多くなるLHCエネルギーでは20~30%レベルの成立

0.1

0
0

三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

ALI-PUB-151731

2

4

6

8
10
p (GeV/c )
T

25

③
Jet Quench〜QGPに特徴的な dE/dx 〜↓Partonic !

26

Jet quenching3-perturbatively into a set of final-state hadrons. The characteristic colliray of hadrons resulting from the fragmentation of an outgoing parton isjet”.

ジェット変貌；Jet Quench✓AA衝突で２つのパートンがHard Scatt. を起こす

• 一つは真空に飛び出しジェットを生成し、• 他方は、QGP中を突き抜ける際に特徴的なエネルギー損失を受ける✓現れる現象；• ジェットの消失／減衰
高横運動量粒子の減少•
quenching” in a head-on nucleus-nucleus collision. Two quarks suffer a hard scatgoesout directly
to the vacuum, radiatesin
a few
gluons and hadronises,
the other“Jet
quenching”
nucleusジェット成分の変化？
•
gh the dense plasma created (characterised by transport coefficient q̂, gluon density
nucleus collision.

nd temperature T ), suffers energy loss due to medium-induced gluonstrahlung andments outside into a (quenched) jet.
三明＠原子核物理学概論

27

ergy losses in QED

QEDにおけるエネルギー損失

an illustrative example, we show in Fig. 4 the stopping power of muons in copAt low and high energies, the collisional (aka “Bethe-Bloch”) and the radiativergy losses dominate respectively.

〜Bresmsstrahlung〜

Stopping power [MeV cm2/g]

荷電粒子のエネルギー損失；制動放射も！

衝突型✓Bethe-Bloch
Bremsstrahlungµ+ on Cu
µ3

10LindhardScharff

100

Bethe-Bloch

放射型✓Bethe-Heitler(thin; L<<λ)✓LandauPomeranchukMigdal(thick; L>>λ)Radiative

AndersonZiegler

Eµc
Minimum
ionization

NuclearlossesRadiative
lossesRadiative
effects
reach 1%

Without 0
1
0.001

0.01

0.1

1

10

0.1

1

10

100

1

[MeV/c]

12

100

1000

10 4

10 5

10 6

10

100

1

10

100

[GeV/c]Muon momentum[TeV/c]

4. Stopping power,−dE/dl, for positive muons in copper
as a function of 12 = p/Mc (or→「プローブ手法」は鉄板✓dE/dxの測定から物性情報
mentum p). The solid curve indicates the total stopping power [15].

• 例）QEDプラズマ中のdE/dx測定

三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

28

the particle per unit-time (related to the transport coefficient as - ≈ q̂ v) – and)byg *gg ) # 0.45 fm (the quark mean-free-path ismomentum drag coefficient .D . colour/Cthe
F = 9/4 is the ratio of gluon-to-quarkis therefore q̂ # m2D /(g # 2.2 GeV2 /fm. Notebeenobtained witha LO expression
in loss's forMechanisms
of in-medium
energyHigher-order scatterings (often encoded in a
ault
generalway,
the values
total energy
in muchlargerof q̂. loss of a particle traversing a medium is the sum of
4 : &E = &E
lisionalthe
anddynamics
radiativeofterms
erisingheavy
non-relativisticcoll + &Erad . Depending on the kinematic
5ion, a (colour)chargelose energy
a plasma with temperature T mainly byaversing
the plasma,is canconnected,
via theinEin6
o mechanisms .
T 2 /- = T /(M .D )(3)

QCDにおけるエネルギー損失

E-!E
ent - – theEaverage momentum
squared gained
ed to the transport coefficient as - ≈ q̂ v) – andE.
!E

gy loss!E

Collisional

E-!E

of a particle traversing a medium is the sum of
X= &Ecoll + &Erad . Depending on the kinematic (medium)gy5 in a plasma with temperature T mainly byE1. 3. Diagrams for collisional (left) and radiative (right) energy losses of a quark of energy
raversing a quark-gluon medium.

E!E

Collisional energy loss through elastic scatterings with the medium constituents(Fig. 3, left) dominates at low particle momentum. The average energy loss inE

Radiative

E-!E by powers of ! c # 0.2 GeV fm (other useful
2 equalities:
For unit conversion, multiply
2−2
10 mb = 1 fm , and 1 GeV = 0.389 mb).
X
In addition, synchrotron-,Čerenkov- and transition-radiation energy losses can take place(medium)
respectively if the particle interacts with the medium magnetic field, if its velocity is greater
thanthe local phase velocity of light, or if it crosses suddenly from one medium to another.
radiative (right) energy losses of a quark of energy
Also, plasma instabilities may lead to energy losses. Yet, those effects – studied e.g. in [11,12, 13, 14] for QCD plasmas – are generally less important in terms of the amount of Eloss .
Note that if the energy of the particle is similar to the plasma temperature, E ∼ O(T ), theparticle can also gain energy while traversing it.
asticthatscatterings
with themediumconstituentsNotethe separation
is notso clear-cut
since the diagrams assume well-defined asymprticle
momentum.
The
averageenergylossstillin be in the medium and further rescatter.
totic out states, but the outgoing particles may

E✓様々な理論• 衝突型損失• 放射型損失

wers of ! c # 0.2 GeV fm (other useful equalities:mb).
nd transition-radiation energy losses can take placeh the medium magnetic field, if its velocity is greater
if it crosses suddenly from one medium to another.
nergy losses. Yet, those effects – studied e.g. in [11,rally less important in terms of the amount of Eloss .
s similar to the plasma temperature, E ∼ O(T ), theersing it.
cut since the diagrams assume well-defined asympes may
still be in the medium and further rescatter.
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)➡Bethe-Heitler regime➡LPM regime➡“dead-cone”effect

2
C
q̂
L
S R

pQCD

理論の示唆するところ放射型損失が重要期待される効果;•高横運動量ハドロンの減少•back-to back相関の崩れ•jet fragmentationの変貌
softer, larger multiplicity,
angular broadeningなどなど

Egluon >Equark >Echarm >Ebottom 29

0)

高横運動量粒子の減少✓pp衝突の重ね合わせと比較

3

10

Au-Au > +0 X @ 200 GeV [0-10%]2

10

Nuclear Modification Factor;

0-10%
p-p > + X @ 200 GeV = T AA
0-10%
NLO = T AA [CTEQ6, KKP, µ =p -2p ]
T
T
i
0

10
1

T

1/[2+ p ] d2N/dp dy (GeV/c)-2

Phenix; P.R.L. 91, 232301 (2008), PRD76,051106(2007)

RAA =[W.Vogelsang]

10-1”hot/dense QCDmedium”
dnAA /dpT dy=”QCD vacuum”
Nbinary · dnpp /dpT dy

陽子陽子衝突の単なる重ね合わせに比べて多いか、少ないかを示す量

-2

10

T

✓AA中心衝突では高横運動量領域で「減少」✓dAuでは見られず、AuAuで見られることから

10-3
10-4
10-5

pp

10-6

Jet Quenchか？

10-7
10-8
-9

10

0

AA

Central
2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

p (GeV/c)T

PHENIX in peripheral (left) and central (right)
the (TAA -scaled) pp → +0 + X cross section (cir(curves
and yellow band) [119].
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

30

標
突 の
衝 像
A
A 的描 恵準 恩

エネルギー損失量

PRC90(2014)14909
RHIC (200GeV)
Au+Au

q̂

✓３次元理想流体力学模型による時間発展計算の例← AA衝突標準的描像の恩恵• Glauber w. Wood-Saxonを仮定• エネルギー損失量を通常の原子核の場

1.2 ± 0.3 [GeV /fm]
2

合と比較➡50倍以上のdE/dx（損失量）
QGP生成を強く示唆する結果！
LHC (2.76TeV)
Pb+Pb✓RHICからLHCで約２倍に• パートン密度比〜２ch( dNdy )LHCq̂

三明＠奈良女セミナー、2022.1

2.2 ± 0.5 [GeV2 /fm]q̂cold nuclei

0.02 [GeV2 /fm]

1584
=
dNch
687
( dy )RHIC

231

RAAの系統的測定〜衝突エネルギー依存性〜✓√sNN=7.7 GeVから2.76 TeVまで比較✓RAAの代わりにRCP✓√sNN < 40 GeVでRCP > 1• Cronin効果；pA衝突において知られた効果。初期多重散乱のために横運動量が広がる✓√sNN < 40 GeVでは顕著にRCP < 1• 高横運動量で20%程度✓次の課題；• 有限のdE/dx効果だとすると、より
高横運動量では１に復帰するはず！？

• 粒子種によって違いはあるのだろうか➡強い相互作用をしない粒子では1のはcentralcentralσAA/⟨Nbinary
⟩
σAA
RAA =
↔ RCP = peripheral
peripheral⟨Nbinary⟩σpp
σAA/⟨Nbinary⟩
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

ず！？

➡チャームやボトムなど重いクォークでは!?
（Jet Quenchの起源を探る）
32

RAAの系統的測定〜粒子種依存性、RHIC&LHC〜
CMS, PLB782(2018)474✓強い相互作用をしない粒子では1のはず！？
• directγはunity!
✓Jet起源の5GeV/c以上では粒子種によらない！？
• 5GeV/c以下はcoalescenceなど粒子種依存複雑
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)✓dE/dxは有限の大きさだとすると、高横運動量では１に復帰するはず！？

➡100GeV/cに向かって１に収束✓チャームやボトムなど重いクォークでは!?
➡後ほど、、、
33

Heavyクォークを含む中間子✓Heavy quark (c,b)の特徴

https://www.jaxa.jp/article/interview/vol43/p2_j.html

e
M
3
2−
∼
u, d
MeV
0
0
1
s ∼ .3 GeV
1c∼

V

Charmを含む最も軽い中間子

D0 : cū : m = 1.86 [GeV/c 2] : τ = 4.1 × 10−13 [ns]Hadronic decay : D0 → K−π + (BR . 3.9%)

Semileptonic decay : D0 → K−e +νe (BR . 3.6%)¯ 1.87 GeV/c 2
D+ [cd]
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)• Light quark(u,d,s)はQGP
中で容易に熱的に生成される• Heavy quarkはQGP温度より質量が大きく熱的生成されない➡初期衝突のみで生成され、QGP中を拡散し、ハドロン化➡生成量はpQCDで良く理解• 拡散係数などQGP物性の手
がかり
34

標
突 の
衝 像
A
A 的描 恵準 恩Transport Modelとの比較〜 radiative loss の On/Off 〜
ALICE, arXiv:2110.09420

D中間子

D中間子

Radiative OFF

Radiative ON✓Charm quarkのQGP中の輸送模型• fragmentationだけでなくrecombinationを含む• collisional lossだけでなくradiative lossを含む✓RadiativeをON/Off比較したところ、➡低横運動量領域ではcollisonalが主要➡高横運動量領域ではradiativeも必要
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)→理論的予測と合致する展開
Collisional +Radiative
質量依存性
Egluon >Equark >Echarm >Ebottom→今後より定量的理解を期待
35

その他〜未だ必ずしも確立されていないけど大事なトピックス〜

デバイ遮蔽効果
Heavy Flavor
HBT測定によるQGPの寿命
Dilepton Enhancement
QGP droplet ?
Direct Photon Puzzle
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

36

プラズマのデバイ遮蔽効果✓プラズマ中に置かれた試験電荷を考える

低温• プラズマを構成する荷電粒子が動いて、試験電荷の作る電場を遮蔽する• デバイ半径、デバイ長；遮蔽される距離➡デバイ半径より遠くへは電場が届かない

1e −κrϕvac = → ϕplasma =
r
r

高温

1
=κ
rD

デバイ半径、デバイ長；✓QGP中で同様の効果が働くと、デバイ半径より大き

ϕ

r
e −κr
r

な中間子はQGP中で存在できない➡デバイ遮蔽による抑制効果

1r✓デバイ遮蔽の観測に適した中間子の条件• QGP中やQGP消滅時などに新たに生成されにくいこと• QGPで期待されるデバイ半径より半径が大きいこと➡チャームクォーク、チャーム反クォークからなる中間子は適当！

三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

37

Sequential Suppression
STAR PLB797(2019)134917✓デバイ半径より大きなCharmoniaは分離する✓束縛エネルギーの小さい（半径の大きい）Charmoniaは、束縛エネルギーの大きい（半径の小さい）Charmoniaより強く抑制される➡Sequential Suppression✓LHC CMS実験の測定結果• 束縛エネルギーの小さなCharmonia程、
RAAが小さい（強く抑制）様子が明らかに• CNMやregenerationの効果は同等ではな
いかと推測される→ 当初期待していたほどデバイ遮蔽効果は良い
Signatureではなく、その定量的理解は難しい状況ではあるが、QGPによるデバイ遮蔽と矛盾しない
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)

38

Dilepton測定
CERES, Eur,Phys.J.C4(1999)231✓カイラル対称性の回復によって、ベクトル中
間子の質量が変化する• 1.3fm/cと寿命が短いρ中間子は、QGP相の表面で生成し崩壊するので有利
450 GeV/c• ρ崩壊により放出される電子／ミューオン
は強い相互作用をしないので邪魔されない✓測定したDilepton分布から既知のdileptonを引き算していく
Hadr

onic

Cock

tail S

imula

tion

ρ → eeω → eeϕ → ee→ 極めて難しい
Dalitz decay

π → eeγη → eeγη′ → eeγ✓p+Be衝突で生成されたDielectron質量分布を見事に既知のハドロン成分で説明することに成功した！

• Hadronic Cocktail Simulationの成功
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Enhancement of low-mass
dileptons ~ melting of ρ ?~STAR, Phys. Rev. Lett. 113, 022301 (2014)✓ρの質量領域でhadronic
cocktailに比べて明らかに超過成分がある✓真空におけるρの質量分布では説明できない• カイラル対称性の回復によるρ中間子の溶融か？

✓CERN SPS, CERES
Pb+Au@158AGeV

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NA60実験の超精密測定
NA60, Phys. Rev. Lett. 96, 162302 (2006)

π+ + π− → ρ → μ+ + μ−

✓CERN SPS, NA60
In+In@158AGeVにおけるmuon pairの超精密測定✓超過分の質量分布• Strong broadening• No shift in mass

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Direct Photon Puzzle
Phys. Rev. C. 94(6), 064901 (2016)✓光子は強い相互作用をしないので邪魔されない✓Direct Photon ;• π中間子、η中間子などの崩壊以外の起源• 衝突初期の熱的放射？
✓多くのBackGを差し引いた後の光子分布• 高温度の成分✓反応初期に放出されたはずのDirectPhotonが大きなv2やv3を示す（→矛盾）✓LHCにおいても同様な傾向だが誤差の改善が必要

TRHIC = 221 ± 19 (stat.) ± 19 (syst.)
TLHC = 297 ± 12 (stat.) ± 41 (syst.)
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)• DileptonによるThermal測定• Direct photonのBE相関測定
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QGP droplet?
〜 Two Particle Correlation〜

Ann. Rev Nucl. Part. Sci. 68(2018)211

Jet fragmentcos(2Δϕ)✓Collectivityを調べるために２粒子相関の比較• AA ; Δϕ = 0, πにピークを作る所謂cos(2Δϕ)分布を示し、z軸方向の流体
膨張によりη方向に伸びている• pA, pp ; 程度の違いはあるもののη方向に伸びている➡但し、流体以外にもこういった効果を作りうるので要注意
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43ppやpAの高多重度事象
Nat. Phys. 15(3), 214–220 (2019)✓高エネルギー陽子陽子衝突、陽子原子核衝突において粒子多重度の高い事象を選び出して解析したといな
いころ、AA衝突で見られたQGPの証拠が観測された

れてさ
測• long-range correlation• 比較的大きなvn✓Strangeness生成の多重度依存性

J

ue
Q
et

観
は
h
nc

➡QGP dropletが生成されている可能性？
➡流体力学の適用条件の見直しが必要？
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)44s生成の多重度依存性~ pp, pA, AA とスムースに~ALICE, Nature Phys. 13(2017)535✓多重ストレンジネス生成の多重度依存性を調べたところ、pp, pA, AAと連続的に変化

✓ストレンジネス生成はQGPで化学平衡到達により増加• “QGP signature”✓高多重度pp衝突においてQGP生成が実現しているAAと同等の増加が見られた➡QGP dropletが生成されている可能性？
➡流体力学の適用条件の見直しが必要？
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“QGP Signatures”の現状✓高エネルギー原子核原子核によってQGPが生成✓間接的証拠• エネルギー密度の推定

εBJ =1 1 dETπR 2 cτ0 dy➡理論の推測するQGP相転移密度より十分大きい• 原子核原子核の時空発展の理解（温度、密度）➡TQCD ∼ Tchem > Tkin
TLattice QCD = 154 ± 9 [MeV] ⟺ Tchem = 156.5 ± 1.5 [MeV]• クォークレベルの独特な反応や統
計力学➡Quark Coalescence
三明＠宇宙史センター(2022.3.24)✓直接的証拠（確かな〜おそらく）• Jet Quenching (high Opacity)➡(dE/dx)AA ∼ 1.2 − 1.9 ≫ (dE/dx)Cold Nucleus ∼ 0.02 [GeV2 /fm]
➡理論的理解（Collisional +Radiative Process、質量依存性）• non-viscous flow
➡最もサラサラな流体；
η/s ∼ 0.1 − 0.2• Debye screening➡半径に依存した抑制（Sequential
Suppression）• ρmelting？?
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将来の課題・衝突初期状態の探索
・QCD相構造の探索
・Toolとしての高エネルギー衝突〜希少ハドロン間相互作用〜〜最強渦、極強電磁場〜・Strangelet探索
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