[論文レビュー] Chiral drag force

Krishna Rajagopal, Andrey V. Sadofyev|arXiv (Cornell University)|May 27, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、強い結合、キラルなプラズマ内における重いクォークに作用する、軸性異常によって生じる新しいキラルな抗力力について述べている。この力はプラズマのキラル不均衡に比例し、N=4 SYM理論におけるホログラフィック手法を用いて、外部の磁場や流体の渦度に平行または反平行に作用することが示された。重いクォークの電気的電荷に依存せず、特定の静止系においては消えることから、非散乱的キラル輸送の直接的証明が得られた。

ABSTRACT

We provide a holographic evaluation of novel contributions to the drag force acting on a heavy quark moving through strongly interacting plasma. The new contributions are chiral in that they act in opposite directions in plasmas containing an excess of left- or right-handed quarks and in that they are proportional to the coefficient of the axial anomaly. These new contributions to the drag force act either parallel to or antiparallel to an external magnetic field or to the vorticity of the fluid plasma. In all these respects, these contributions to the drag force felt by a heavy quark are analogous to the chiral magnetic effect on light quarks. However, the new contribution to the drag force is independent of the electric charge of the heavy quark and is the same for heavy quarks and antiquarks. We show that although the chiral drag force can be non-vanishing for heavy quarks that are at rest in the local fluid rest frame, it does vanish for heavy quarks that are at rest in a suitably chosen frame. In this frame, the heavy quark at rest sees counterpropagating momentum and charge currents, both proportional to the axial anomaly coefficient, but feels no drag force. This provides strong concrete evidence for the absence of dissipation in chiral transport, something that has been predicted previously via consideration of symmetries. Along the way to our principal results, we provide a general calculation of the corrections to the drag force due to the presence of gradients in the flowing fluid in the presence of a nonzero chemical potential. We close with a consequence of our result that is at least in principle observable in heavy ion collisions, namely an anticorrelation between the direction of the CME current for light quarks in a given event and the direction of the kick given to the momentum of all the heavy quarks and antiquarks in that event.

研究の動機と目的

• ホログラフィーを用いて、強い結合、キラルなプラズマ内における重いクォークの抗力に寄与する新しい寄与を調査すること。
• 軸性異常を介して、重いクォークの電気的電荷に依存しない新しい種類の抗力力が生成されるかどうかを特定すること。
• キラル輸送の散乱的性質を、キラル抗力が適切な参照系で消えるかどうかを分析することで検討すること。
• キラル抗力とキラル磁場効果／キラル渦度効果との関係を探索し、それらが重いクォークの力学に果たす役割の違いを明確にすること。

提案手法

• 大NcにおけるN=4超対称ヤン・ミルズ理論のゲージ-重力双対性を用いて、有限の化学ポテンシャルを有する強い結合プラズマをモデル化すること。
• 双対重力的背景に、流体の勾配とキラルフェルミオン（左または右ヘンディッドクォーク）の化学ポテンシャルを含めること。
• 軸性異常とその流体力学的結果を記述するため、ホログラフィック作用にチェーン＝シモンズ項を導入すること。
• 曲がった時空内でのストリング世界面の埋め込みを計算し、ナムブ＝ゴトウ作用を用いて重いクォークに作用する抗力を取り出すこと。
• μ/Tおよび流体勾配における摂動的展開を実行し、抗力に対するキラル補正を分離すること。
• 重いクォークが静止している参照系で力の解析を行い、反対方向に流れる運動量と電荷の流れが相殺されることを示し、散乱がないことを示唆すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 軸性異常は、重いクォークの電気的電荷に依存しない、新しいキラル抗力力を生成できるか？
• RQ2 このキラル抗力は、重いクォークが静止している系において消えるか。これは非散乱的輸送を示唆するか？
• RQ3 キラル抗力は、大きさと方向性においてキラル磁場効果（CME）とどのように異なるか？
• RQ4 流体の勾配と化学ポテンシャルは、標準的な流体力学的補正を超えて、抗力にどのように寄与するか？
• RQ5 キラル抗力は、重イオン衝突におけるイベントごとの相関を用いて観測可能か？

主な発見

• 軸性異常により、キラルプラズマ内に新しいキラル抗力が生じ、外部の磁場や流体の渦度に平行または反平行に作用する。
• このキラル抗力は重いクォークの電気的電荷に依存せず、クォークと反クォークの両方に同じように作用するため、CME電流とは明確に異なる。
• 重いクォークが静止している適切に選ばれた慣性系において、反対方向に流れる運動量と電荷の流れが相殺され、抗力が消える。
• この力の消滅は、キラル輸送に散乱がないことを直接的証明し、対称性に基づく予測を確認する。
• キラル抗力は、ボトムクォークに最大で約~3 MeV、 charmクォークに約~1 MeVの運動量のキックを与えると推定されるが、これらはおそらく過大評価である。
• イベントごとの相関観測量を提案し、CME電流の方向と、与えられたイベント内におけるすべての重いクォークおよび反クォークに対するネット運動量キックが反相関を示すようにすることを想定している。