[論文レビュー] Exploring phase diagram of $N_f=3$ QCD at $μ=0$ with HISQ fermions

Heng-Tong Ding, Alexei Bazavov+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2011

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 8被引用数 9

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、ピオン質量が80〜230 MeVの範囲で、バリオン密度がゼロの3フレーバーQCDにおけるカイラル転移を、高次改善ステガードクォーク（HISQ）を用いた$N_\tau=6$ラティスで調査している。この範囲では一次転移の証拠は得られず、一次転移が開始する臨界ピオン質量は$m_\pi^c \lesssim 45$ MeVで上界が与えられており、これはカイラル極限に近い非常に小さな一次転移領域を示している。

ABSTRACT

We studied the QCD phase transition as a function of quark mass in the $N_f=3$ QCD at vanishing baryon density. Lattice simulations have been performed using Highly Improved Staggered Quarks on $N_τ=6$ lattices with quark masses that correspond to pion masses in the region $80 \lesssim m_π \lesssim 230 $MeV. We found no evidence of the first order phase transition in the current pion mass window. The pion mass at the critical point where the first order phase transition starts is estimated to be $m^c_π\lesssim 45$ MeV.

研究の動機と目的

• ゼロのバリオン密度における3フレーバーQCDの相図におけるカイラル臨界点の位置を特定すること。
• 以前のラティス研究における、一次転移が開始するピオン質量に関する不一致を解消すること。
• 改善されたフェルミオン作用を使って、一次転移領域が連続極限に近づくにつれてどのように変化するかを調査すること。
• 有限の化学ポテンシャルにおけるカイラル臨界面の曲率を評価し、現実の世界におけるカイラル臨界点の存在に寄与するかを検討すること。

提案手法

• 切り捨て誤差を低減し、トレース対称性を改善するために、$N_\tau=6$ラティスを用いた高次改善ステガードクォーク（HISQ）作用を用いたラティスQCDシミュレーションを実施する。
• ピオン質量が$80 \lesssim m_\pi \lesssim 230$ MeVの範囲に対応する5つのデゲネレートクォーク質量を用いてシミュレーションを実施する。
• 相転移の性質を調べるために、カイラル凝集体とカイラル感受率を計算し、体積依存性とスケーリング挙動を分析する。
• 有限サイズスケーリングを、非連結カイラル感受率のピーク高さに適用し、臨界ピオン質量の上界を推定する。
• 臨界点における第二種相転移の近似的な秩序パラメータとして、クォークカイラル凝集体を用いる。
• 統計的収束を確認するため、$16^3 \times 6$および$24^3 \times 6$ラティスを用い、$\beta$値とトラジェクトリ数を変化させてシミュレーションを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ピオン質量が230 MeV未満の3フレーバーQCDにおいて、バリオン密度がゼロの条件下で一次カイラル転移が存在するか？
• RQ2 3フレーバーQCD相図において、一次転移が開始するピオン質量の上界は何か？
• RQ3 改善されたフェルミオン作用と細かい格子間隔を用いることで、一次転移領域はどのように変化するか？
• RQ4 有限の化学ポテンシャルにおいて、カイラル臨界面が物理的点に向かって曲がっているか？これは、カイラル臨界点が低密度QCDに影響を与えるために必要である。
• RQ5 有限サイズ効果は臨界点の特定にどのように影響するか？そして、信頼性を持って補正できるか？

主な発見

• カイラル感受率の体積スケーリングが見られず、カイラル凝集体に二峰性の振る舞いがないことから、ピオン質量範囲$80 \lesssim m_\pi \lesssim 230$ MeVでは一次転移の証拠は得られなかった。
• 有限サイズスケーリングによるカイラル感受率ピークの分析から、一次転移が開始する臨界ピオン質量は$m_\pi^c \lesssim 45$ MeVで上界が与えられた。
• クォーク質量が小さくなるにつれてカイラル感受率のピーク高さが増加し、一次転移領域に近づいていることが示唆されたが、カイラル凝集体に不連続性は観察されなかった。
• 高温ではカイラル凝集体の体積依存性が小さいが、低温では顕著で、これは一次転移ではなくクロスオーバーであることに整合的である。
• 結果から、3フレーバーQCDにおける一次転移領域は極めて小さく、物理的点から大きく離れていることが示唆され、有限の化学ポテンシャルにおけるカイラル臨界面が強く曲がっている可能性がある。
• これらの結果は、以前のHISQおよび改善されたステガードフェルミオンの研究と整合的であり、カイラル臨界点が非常に低いピオン質量に位置しているという結論を強化している。