クォーク・グルーオン・プラズマのプローブが低エネルギー領域で機能しないことを明らかに(Study Reveals Failure of Key Quark-gluon Plasma Probe in Low-energy Region)

2025-08-13 中国科学院(CAS)

中国科学院近代物理研究所(IMP)の研究チームは、ビッグバン直後に存在したとされるクォーク・グルーオン・プラズマ(QGP)の重要な指標とされてきた「構成クォーク数(NCQ)スケーリング」が低エネルギー領域では成立しないことを理論的に示した。Physics Letters Bに発表された研究によると、改良型多相輸送モデルを用いたシミュレーションで、金原子核衝突(3.0〜7.7 GeV)を解析した結果、3.9 GeV未満では自由クォークが生成されてもNCQスケーリングが破綻し、3.9 GeV以上で徐々に回復することが分かった。原因は、クォークの熱平衡化不足による楕円フローの未発達と、ストレンジクォークの希少性による統計的揺らぎと判明した。さらに、自由クォークを含まない純粋なハドロン系を想定したシミュレーションでは、4.5 GeVにおいて「質量順序」現象が確認され、完全な流体力学的平衡がなくとも集団的な流れが生じ得ることが示された。この成果は、QGP相転移の検出法に新たな視点を提供し、今後の大規模実験施設での臨界点探索に貢献すると期待される。

クォーク・グルーオン・プラズマのプローブが低エネルギー領域で機能しないことを明らかに(Study Reveals Failure of Key Quark-gluon Plasma Probe in Low-energy Region)Scaling of hadronic elliptic flow as a function of center-of-mass energy in heavy-ion collisions. The top (bottom) panels show scenarios with (without) QGP formation. (Image by IMP)

<関連情報>

Au+Au衝突におけるハドロン楕円流におけるNCQスケーリングの破れ√sNN=3.0-7.7GeV Violation of NCQ scaling in hadron elliptic flow in Au+Au collisions at √sNN=3.0-7.7GeV

Xun Zhu, Gao-Chan Yong
Physics Letters B  Available online 23 July 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.physletb.2025.139752

Abstract

We investigate the number-of-constituent-quark (NCQ) scaling of elliptic flow for various hadrons in non-central Au+Au collisions at √sNN=3.0-7.7GeV using the AMPT model with string melting (SM) and pure hadron cascade (HC) modes. For the SM case, NCQ scaling is absent at √sNN=3.0GeV but is largely restored by √sNN=3.9GeV. Although quark coalescence occurs at √sNN=3.0GeV   , the lack of NCQ scaling is attributed to the insufficient development of quark elliptic flow and the limited production of strange quarks and antiquarks. This finding suggests that NCQ scaling could not be considered a definitive signature of quark-gluon plasma (QGP) formation in the RHIC fixed-target energy region. For the HC case, as expected, no NCQ scaling is observed. However, a mass ordering in the elliptic flow emerges at √sNN=4.5GeV , indicating that full thermalization may not be a prerequisite for mass ordering.

1701物理及び化学
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