[論文レビュー] Heavy Quark Potentials and Quarkonia Binding

P. Petreczky|OSTI OAI (U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information)|Feb 16, 2005

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、有限温度における重味クォークのポテンシャルに関する格子QCD研究をレビューし、媒体中における静的クォーク-反クォーク対の自由エネルギーが、中間子結合のプローブとしての役割を果たすことを焦点にしている。自由エネルギーまたは内部エネルギーを中間子スペクトル関数の計算における有効ポテンシャルとして用いる正当性を検討し、内部エネルギーが格子スペクトル関数とより良好に一致することを結論づけ、J/ψが1.7T_cまで生存可能である可能性を示唆している。

ABSTRACT

I review recent progress in studying in-medium modification of inter-quark forces at finite temperature in lattice QCD. Some applications to the problem of quarkonium binding in potential models is also discussed.

研究の動機と目的

• 静的クォーク-反クォーク対の有限温度における自由エネルギーを、中間子ポテンシャルモデルにおける有効ポテンシャルとして用いる正当性を評価すること。
• 特に脱コンfinement転移付近において、媒体内の多体系効果がクォーク間力に与える影響を調査すること。
• ポテンシャルモデルの予測を、格子QCDによる中間子スペクトル関数およびオイラー相関関数の計算と比較すること。
• Quark-Gluonプラズマ中における中間子結合の記述に、自由エネルギーか内部エネルギーのどちらがより信頼できる記述を提供するかを特定すること。
• 異なるポテンシャルモデルを用いてJ/ψ状態の生存温度を評価し、格子スペクトル関数データと比較すること。

提案手法

• Coulombゲージ下でウィルソンループおよびポリakovループを用いて、静的クォーク-反クォーク対のスレートおよびオクテット自由エネルギーを格子QCDで計算する。
• 分配関数における色スレートおよび色オクテット寄与を分離するために、投影演算子を適用する。
• 熱力学的関係を用いて、自由エネルギーから内部エネルギーおよびエントロピーを計算する。
• シュレーディンガー方程式に内部エネルギーを有効ポテンシャルとして用い、中間子束縛状態およびスペクトル関数を計算する。
• モデルから導かれたオイラー中間子相関関数と、直接的な格子QCD計算結果を比較し、一貫性を検証する。
• 束縛状態および連続状態のしきい値を含むスペクトル関数の分解を用いて、中間子相関関数をモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 媒体中における静的クォーク-反クォーク対の自由エネルギーを、中間子ポテンシャルモデルにおける有効ポテンシャルとして信頼して用いることができるか？
• RQ2 Quark-Gluonプラズマにおける多体系効果は、単純なスクリーニングを超えてクォーク間力にどのように影響を与えるか？
• RQ3 中間子結合計算における有効ポテンシャルとして使用するにふさわしい熱力学的量は、自由エネルギーか内部エネルギーか？
• RQ4 ポテンシャルモデルに基づく格子ポテンシャルを用いた場合、J/ψ状態はQuark-Gluonプラズマ中でどの程度の温度まで生存可能か？
• RQ5 格子ポテンシャルに基づくモデルスペクトル関数は、格子QCDで観測されたオイラー相関関数の振る舞いをどの程度うまく再現できるか？

主な発見

• 色スレートチャネルにおける静的クォーク-反クォーク対の自由エネルギーは、強い温度依存性を示し、T_cを超えるとスクリーニング効果が顕著になる。
• 有限温度において、特にT_c付近では内部エネルギーが自由エネルギーを上回ることから、エントロピー寄与が大きく、この領域では自由エネルギーは信頼できるポテンシャルではないことが示唆される。
• シュレーディンガー方程式に内部エネルギーをポテンシャルとして用いることで、J/ψの生存温度が1.7T_cまで到達することが得られ、これは格子スペクトル関数計算と整合的である。
• 色平均自由エネルギーはゲージ不変性を有し広く研究されているが、色チャネルにわたる統計的平均化のため、媒体中における二体力の修正に関する直接的な情報が薄い。
• 高温における距離が大きい領域での内部エネルギーの定数項の欠如は、自由エネルギーに比べてより物理的に妥当な有効ポテンシャルであることを示唆している。
• 内部エネルギーポテンシャルに基づくモデルスペクトル関数は、格子データで観測されたT_cを超えるとスカラー相関関数の増幅といった特徴をうまく再現している。