[論文レビュー] Chiral Phase Transition in QCD and Vector Manifestation

Chihiro Sasaki|ArXiv.org|Apr 9, 2005

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 31被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、隠れた局所対称性（HLS）に基づく有限温度有効場理論を構築し、QCDにおける手術的相転移を研究する。チャーミカル対称性の復元の実現としてベクトル表現（VM）を提唱する。臨界温度付近で観測可能な特徴的な予測として、ベクトル・アキシャル・ベクトル両方の電荷感受率が等しくなること、パイオン形式因子におけるベクトル優位性の破れ、臨界温度近くでパイオンの速度が光速に近づくことなどを提示する。これらは重いメソンや格子QCDにおける検証が可能である。

ABSTRACT

Spontaneous chiral symmetry breaking is one of the most important features in low-energy QCD. The chiral symmetry is expected to be restored at very high temperature and/or density. Accompanied by the chiral phase transition, properties of hadrons will be changed especially near the critical point. The study of the phenomena associated with the chiral phase transition will give us some clues on the connection between the chiral symmetry and the low-energy hadron dynamics. We develop the theory based on the hidden local symmetry (HLS) at finite temperature, which is an effective field theory of QCD and includes pions and vector mesons as the dynamical degrees of freedom, and study the chiral phase transition in hot matter. We show that the chiral symmetry is restored as the vector manifestation (VM), in which the massless degenerate pion (and its flavor partners) and the longitudinal $ρ$ meson (and its flavor partners) as the chiral partner. We also present several predictions based on the VM. We estimate the critical temperature $T_c$ and show the following phenomena near $T_c$: the vector charge susceptibility becomes equal to the axial-vector charge susceptibility; the vector dominance of the electromagnetic form factor of the pion is largely violated; the pion velocity is close to the speed of light. Furthermore, we show that the remnant of the VM can be clearly seen in the system of heavy mesons. We expect that the VM and its predictions are testable by current and future experiments and the lattice analysis.

研究の動機と目的

• 高温のQCD物質におけるチャーミカル対称性と低エネルギーハドロン力学との関係を理解すること。
• パイオンとベクトルメソンを動的自由度として含む有限温度有効場理論を構築すること。
• チャーミカル対称性の復元の性質を調査し、高温・高密度物質における観測可能な特徴を同定すること。
• 感受率、形式因子、メソン性質に関する予測を通じて、ベクトル表現のシナリオを検証すること。
• フレームワークを重い-軽いメソンに拡張し、チャーミカル二重化効果を予測すること。

提案手法

• パイオンとベクトルメソンを動的自由度として持つ、隠れた局所対称性（HLS）に基づく有限温度有効場理論を定式化する。
• バックグラウンド場ゲージを用いて、有限温度における2点関数と現在子相関関数を計算する。
• ウィルスン型の再生化群マッチングを適用し、裸パラメータを有限温度における物理的観測量に結びつける。
• チャーミカル対称性の復元下でのベクトルメソン質量とパイオン崩壊定数の臨界的挙動を導出する。
• 重い-軽いメソンにおける質量分裂に対する量子補正と再生化群方程式（RGE）を計算する。
• charmメソンのハドロン崩壊モードを分析し、チャーミカル二重化とベクトル表現効果を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限温度におけるベクトル・アキシャル・ベクトル両方の現在子スクリーンのスペクトルに、チャーミカル対称性の復元はどのように現れるか？
• RQ2 臨界温度付近で、パイオンおよびベクトルメソンの性質に、ベクトル表現の観測可能な特徴が現れるか？
• RQ3 チャーミカル対称性の復元に伴い、ベクトル優位性と感受率はどのように変化するか？
• RQ4 重いメソン系におけるチャーミカル二重化を通じて、ベクトル表現はどの程度検出可能か？
• RQ5 ベクトル表現のシナリオが予測する臨界温度Tcはどの程度か？

主な発見

• 臨界温度Tcは約150–160 MeVと推定され、格子QCDや素性物理学の結果と整合的である。
• 臨界温度付近で、ベクトルおよびアキシャル・ベクトル両方の電荷感受率が等しくなる。これはチャーミカル対称性の復元を示唆する。
• 臨界温度付近では、パイオン電磁形式因子のベクトル優位性が顕著に破れる。これは横波および縦波のベクトルモードの混合に起因する。
• 臨界温度付近でパイオンの速度は光速に近づく。これは、ベクトル表現におけるギャップなしのニャーマン＝ゴールドストーンモードの出現を示す。
• チャーミカル極限においてベクトルメソン質量はゼロに落ち込み、ρとπがデゲネレートしたチャーミカル・パートナとして一致するベクトル表現と整合的である。
• 重い-軽いメソンでは、小さな質量分裂を伴うチャーミカル二重化が予測され、D* → D + π などのハドロン崩壊モードが臨界温度付近で変化する。