| 초록 |
본 연구과제의 목적은 '고에너지 중핵(금핵 혹은 납핵)을 서로 충돌시킬 때 그 결과는 무엇이며 여기서 얻는 새로운 지식은 무엇인가?'에 대한 상세한 세부 연구이다. 이를 위하여 파톤 캐스케이드(parton cascade)를 이용한 몬테칼로 시늉실험을 위한 컴퓨터 프로그램을 개발하고 이를 이용하여 그 물리현상을 연구하는 것이다. 이러한 목적에 따라 본 연구에서 수행한 내용은 1) 먼저 가장 일반적으로 사용되고 있는 양성자의 파톤분포함수인 CTEQ과 GRV를 핵자분포함수 EKS와 결합하여 충돌하기 직전 중핵의 총 파톤분포를 계산하였다. 아울러 최근 이론인 CGC에 의한 파톤분포함수도 연구에 활용하였다. 2) 고에너지인 두 중핵이 서로 겹칠 때, 2->2 파톤 산란단면적을 이용하여 두 중핵의 충돌 결과로 생성되는 자유파톤과 충돌에는 참여하지 않은 나머지 파톤을 계산하였다. 이 두 종류의 파톤들은 파톤계를 형성하게 되며 파톤계 진화의 초기 조건으로 사용된다. 3) 위의 과정을 거쳐 생성된 파톤계는 구성 입자간 서로 충돌할 뿐 아니라 또 다른 파톤을 방출하는 파톤 샤워(shower)를 하면서 입자간 열적 및 화학적 평형을 이루어 쿼크-글루온 플라즈마를 형성할 것으로 예상한다. 이 과정에서 본 연구는 입자간 충돌을 본인이 개발한 알고리즘을 프로그램에 포함시켰으며, 파톤 샤워는 고에너지 입자물리학에서 많이 사용되는 PHYTIA 및 HERWIG에서 사용되는 부프로그램(subroutine)을 가져와서 사용한다. 다만 사용 환경이 많이 다르기 때문에(예를 들면, 고에너지 입자물리 충돌(p-p, p-n, 혹은 p-e)에서는 그 파톤 밀도가 낮아서 각 파톤은 독립적으로 진화한다고 볼 수 있으나 중핵충돌(Au-Au 혹은 Pb-Pb)에서는 파톤의 밀도가 높아서 서로 잦은 충돌이 일어남) 각 부프로그램을 많이 수정하여야 하기 때문에 프로그램에 그대로 도입하지 못하고, 현재 수정 및 테스트를 거치고 있는 중이다. 4) 쿼크-글루온 플라즈마는 시간이 지남에 따라 팽창하면서 온도가 내려가게 된다. 한계 이하의 온도와 밀도가 되면 파톤계에서 강입자계로 변환된다. 이 과정은 QCD의 비섭동영역에 속하므로 이론적 연구는 전무하다고 할 수 있으며 몇 가지 현상론적인 모델이 개발되어 있다. 예를 들면 PHYTIA에서는 끈절단(string breaking)모델을 사용하고, HERWIG에서는 군집(cluster)모델을 사용한다. 본 연구에서는 이미 개발되어 있는 부프로그램(HERWIG의 군집모델)을 사용한다. 그러나 사용 환경이 다른 관계로(예를 들면, 중핵 충돌에서 각 파톤의 끈 연결은 매우 복잡하며, 또한 cluster 모델에서 사용하는 color flow를 정의하는 것도 매우 복잡함) 위 프로그램들을 수정 보완해야 함으로 파톤케스케이드에 도입하여 수정, 보완 및 테스트를 하고 있다. 위 과정을 모두 포함하는 프로그램은 2015년 말까지 완료할 예정이며, 이 후 필요한 경우 공개할 것이다. 2016년에는 이를 이용하여 중핵 충돌의 과정을 자세히 연구하여 RHIC 및 LHC 실험 결과와 비교 검토하여 SCI 논문으로 게재할 예정이다. EH한 본 연구 결과의 파톤케스케이드 몬테칼로 시늉실험 프로그램은 지속적으로 수정 및 보완하면서 중핵 충돌과 쿼크 글루온 플라즈마의 연구에 사용할 예정이다. |
