Энергетические потери в релятивистской плазме: квантовая хромодинамика в сравнении с квантовой электродинамикой

Обзор посвящен проблеме оценки энергетических потерь ультрарелятивистских заряженных частиц, движущихся через находящуюся в тепловом равновесии высокотемпературную $\mathrm{е}^{+}\mathrm{е}^{-}$- или кварк-глюонную плазму. Средние энергетические потери $\Delta E$ зависят от энергии $E$ и массы $M$ частицы, температуры плазмы $T$, константы связи $\alpha$ в квантовой электродинамике (КЭД) ($\alpha_s$ в квантовой хромодинамике (КХД)) и длины пробега $L$ частицы в среде. В энергетические потери вносят вклад два основных механизма: упругие столкновения и тормозное излучение. Используются простые физические аргументы, чтобы получить для каждого из вкладов функциональную зависимость $\Delta E(E,M,T,\alpha_{(s)},L)$ в различных областях параметров. В некоторых областях эффект Ландау–Померанчука–Мигдала приводит к подавлению тормозного излучения. Кроме того, излучение тяжёлых частиц нередко подавлено вследствие кинематических причин. Тем не менее при достаточно малой длине пробега $L$ и не слишком большой энергии $(E\gg M^2/(\alpha T)$ в абелевом случае и $E\gg M/\sqrt{\alpha_s}$ в неабелевом) радиационные потери преобладают над столкновительными. Заново выводятся известные результаты и делаются новые наблюдения. В частности, для лёгких частиц $(m^2\ll\alpha T^2)$ различие в поведении $\Delta E$ в КЭД и КХД главным образом обусловлено различием в постановке задачи. В КЭД естественно изучать энергетические потери электрона, приходящего из бесконечности. В КХД, напротив, физический интерес представляют индуцированные средой энергетические потери партона, рождённого внутри среды. В случае электрона, рождённого внутри КЭД-плазмы, поведение индуцированных средой радиационных энергетических потерь $\Delta E_{\mathrm{rad}}$ аналогично поведению $\Delta E_{\mathrm{rad}}$ в КХД (в частности, $\Delta E_{\mathrm{rad}}\propto L^2$ при малых $L$), несмотря на радикальное различие спектров фотонного и глюонного излучения вследствие того, что конусы тормозного излучения для мягких глюонов шире, чем для мягких фотонов. Показано, что средние радиационные потери асимптотического лёгкого партона, движущегося в КХД-плазме, аналогичны потерям асимптотического электрона, движущегося в КЭД-плазме. Для тяжёлых частиц $(M^2\gg\alpha T^2)$ различие между $\Delta E_{\mathrm{rad}}$ в КЭД и КХД более заметно, даже когда рассматривается одна и та же физическая ситуация.