[論文レビュー] Exploring a hidden symmetry with electrically charged quarks

Sam R. Edwards, André Sternbeck+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2010

Quantum and Classical Electrodynamics被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、標準模型における隠れた全グローバルZ₆対称性を調査し、色荷の位相と電磁位相を統一する。電荷を有するクォークがその分数電荷により、摂動的でない不規則性を色荷の自由度に引き起こすことが示された。2色QCDの格子模型に動的なクォークとコンパクトU(1)電磁気を組み合わせたモデルを用い、電磁的不規則性がクーロン相でさえも、クエンチド型のポリアコフ・ループの挙動を回復させることを示した。これは、中心渦とディラック・ストリングの併存による新しいコンfinementメカニズムを示唆する。

ABSTRACT

It is usual to study confinement via quantum chromodynamics (QCD) alone. The deconfinement transition of the pure gauge theory (i.e. with static quarks) is then characterized by the breaking of center symmetry. Center vortices offer an intuitive and quantitative description of the transition. Dynamical quarks explicitly break center symmetry, and the phase transition becomes a crossover. However, it may be misleading to study QCD in isolation. Quarks also carry fractional electric charge. This bestows the Standard Model with a global center symmetry that combines color center phases with an appropriate electromagnetic phase. Is this symmetry relevant to confinement? We begin our investigation by studying a 2-color model of QCD with half-integer electrically charged quarks.

研究の動機と目的

• 標準模型におけるクォークの分数電荷が、隠れた全グローバル中心対称性を通じて、色のコンfinementに摂動的でない効果を及ぼすかどうかを調査すること。
• 動的なクォークを含む簡略化された2色QCD模型において、色中心対称性と電磁位相因子の相乗的相互作用を検討すること。
• 中心渦と電磁的ディラック・ストリングの併存作用が、動的なクォークを伴うdeconfinement転移に与える影響を特定すること。
• このお手本モデルで観察された挙動が、QCDおよび標準模型の相構造に対してより広範な関連性を有するかどうかを評価すること。

提案手法

• 電荷±½eを持つ2フレーバーのウィルソンフェルミオンを含む3+1次元の2色QCD格子模型を定式化し、コンパクトU(1)電磁気ゲージ場と結合する。
• 有効作用にクォーク効果を含めるために、κ⁴のオーダーまでホッピング展開を用い、小さな格子での制御されたシミュレーションを可能にする。
• SU(2)ポリアコフ・ループに及ぼす初期不規則性の影響を調査するため、ホット・スタートとコールド・スタートの両方のシナリオを実施する。
• 結果の妥当性を検証し、アルゴリズム的アーチファクトを回避するために、ハイブリッド・モンテカルロ（HMC）と混合更新スキーム（SU(2)ヒートバースト＋U(1)メトロポリス）を用いる。
• 電磁結合定数β_emの関数としてポリアコフ・ループを分析し、転移やクエンチド型挙動の回復を検出する。
• 't Hooftのねじれた境界条件を一般化し、動的なクォークを伴う状況下での、色・電磁の両方の渦の併存を研究する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォークの分数電荷が、隠れた全グローバルZ₆対称性を通じて、色荷に摂動的でない効果を及ぼすか？
• RQ2 グルーオンと光子の両方と結合するクォークが、電磁位相が直接観測不能であっても、色場に不規則性を引き起こすか？
• RQ3 電磁的不規則性が、特にクーロン相において、どの程度までクエンチド型のポリアコフ・ループ挙動を回復させるか？
• RQ4 初期熱歴史（ホット・スタート対コールド・スタート）が、電磁結合下での色荷のZ₂不規則性の持続性にどのように影響するか？
• RQ5 動的なクォークフレームワークにおいて、中心渦とディラック・ストリングを安定化させることができ、それらがコンfinementに寄与するか？

主な発見

• 電磁的不規則性を伴うホット・スタートでは、高々β_emであってもSU(2)ポリアコフ・ループにクエンチド型の挙動が見られ、U(1)系の不規則性がクーロン相へも及ぶことが示された。
• コールド・スタートでは、β_em > 1.3の近辺でSU(2)ポリアコフ・ループがクエンチド挙動へと移行する傾向を示し、初期条件が不規則性の安定性に影響することが示された。
• κ⁴のオーダーまでホッピング展開を適用した結果、電磁的プラケット項が重要となり、色と電磁のリンク間で不規則性が伝達されることを示した。
• 異なる更新アルゴリズム間で結果が一貫しており、観察された挙動がHMC法に起因するアーチファクトではないことが裏付けられた。
• モデルは、色と電磁の位相の併存効果がクエンチド挙動を回復させることを示しており、隠れたZ₆対称性がコンfinementにおいて非自明な役割を果たす可能性があることを示唆した。
• 標準的なSU(3)とU(1)系の分離は誤解を招く可能性があり、分数電荷と中心対称性の相互作用がQCDの相構造を変える可能性があることが示唆された。