[論文レビュー] Dual Higgs Theory for Color Confinement in Quantum Chromodynamics

H. Ichie, Hideo Suganuma|ArXiv.org|Jun 8, 1999

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、量子色力学（QCD）における色閉じ込めを説明するため、双対超伝導メカニズムに基づく二重ヒッグス理論を提案する。格子QCD、モノポール電流ダイナミクス、および双対ギンツブルグ＝ランダウ（DGL）理論を用いて、非対角グルーオンの位相の確率的近似によりストリング定数におけるアーベル優位性を示し、作用のキャンセレーションによってモノポールの形成を特定し、モノポール密度と閉じ込め力の関係を導出することで、有限温度QCD相転移および初期宇宙におけるハドロンバブルダイナミクスのための枠組みを確立する。

ABSTRACT

Based on the dual superconductor picture, we study the confinement phenomena systematically, using the lattice QCD, the monopole-current dynamics and the dual Ginzburg-Landau (DGL) theory. (1) We study the origin of abelian dominance for the confinement force in the maximally abelian (MA) gauge in terms of the gluon-field properties using the lattice QCD. In the MA gauge, the off-diagonal gluon amplitude is strongly suppressed, and the off-diagonal gluon phase tends to be random, according to the weakness of the constraint from the QCD action. Within the random-variable approximation for the off-diagonal gluon phase, we show the perimeter law of the off-diagonal gluon contribution to the Wilson loop, i.e. abelian dominance for the string tension, in the semi-analytical manner. (2) We study the QCD-monopole structure in terms of the gluon field, using the lattice QCD in the MA gauge. Around the monopole, both abelian and off-diagonal parts of the QCD action become large, however, due to the cancellation between them, monopoles can appear in QCD without large cost of the QCD action. (3) We derive a simple relation between the confinement force and the monopole density by idealizing the monopole contribution to the Wilson loop. (4) We study the monopole current dynamics. (5) We consider the derivation of the DGL theory from the monopole ensemble. (6) We study the QCD phase transition at finite temperatures in the DGL theory. (7) We apply the DGL theory for the hadron-bubble formation in early Universe and quark-gluon-plasma formation process in the ultra-relativistic heavy-ion collision.

研究の動機と目的

• QCDにおける色閉じ込めの理論的枠組みを、二重超伝導像を用いて確立すること。
• 非対角グルーオン位相統計を用いた最大アーベルゲージにおけるアーベル優位性の起源を解明すること。
• アーベル成分と非対角成分の寄与のキャンセレーションによって、大きな作用コストを伴わずQCDモノポールがどのように出現するかを明確にすること。
• モノポール密度と閉じ込め力との間の定量的関係を導出すること。
• 二重ギンツブルグ＝ランダウ理論をモノポール集合から拡張し、有限温度QCDおよび初期宇宙におけるハドロンバブル形成に応用すること。

提案手法

• 非対角成分を抑制する最大アーベルゲージにおける格子QCDシミュレーションを用い、グルーオン場の配置を分析する。
• 非対角グルーオン位相の確率的近似により、ウィルソンループの周囲則を導出し、ストリング定数におけるアーベル優位性を支持する。
• 局所的QCD作用の分解を用いてモノポール構造を同定し、アーベル成分と非対角成分の寄与のキャンセレーションを明らかにする。
• ウィルソンループへのモノポール寄与を理想化することで、モノポール密度と閉じ込め力との直接的関係を導出する。
• モノポール電流ダイナミクスを定式化し、二重ヒッグス機構による閉じ込めの動的記述を提供する。
• モノポール集合から二重ギンツブルグ＝ランダウ理論を導出し、閉じ込めの有効場理論的記述を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最大アーベルゲージにおけるウィルソンループのストリング定数において、アーベル優位性の起源は何か？
• RQ2 QCDモノポールは、QCD作用のコストを大きくとらずにどのように形成されるか？
• RQ3 QCDにおけるモノポール密度と閉じ込め力との間の定量的関係は何か？
• RQ4 モノポールの統計的集合からどのように二重ギンツブルグ＝ランダウ理論を導出できるか？
• RQ5 二重ヒッグス機構は、有限温度QCD相転移および初期宇宙におけるハドロンバブル形成にどのような意味を持つか？

主な発見

• 非対角グルーオン寄与が、確率的位相近似のもとでウィルソンループの周囲則に従い、ストリング定数におけるアーベル優位性が確認された。
• QCDにおけるモノポールは、アーベル成分と非対角成分のQCD作用寄与のキャンセレーションによって生じ、最小限の作用コストで形成可能である。
• モノポール密度と閉じ込め力との間の単純な関係が導出され、微視的モノポール構造と巨視的閉じ込めの間のリンクが確立された。
• モノポール電流ダイナミクスが定式化され、二重ヒッグス機構による閉じ込めの動的記述が可能になった。
• モノポール集合から二重ギンツブルグ＝ランダウ理論が導出され、閉じめの体系的有効場理論が得られた。
• DGL理論が有限温度QCD相転移および初期宇宙におけるハドロンバブル形成、および重イオン衝突におけるクォーク・グルーオンプラズマのモデル化に応用された。