[論文レビュー] Is the Chiral Vortical Effect Vanishing in Heavy Ion Collisions

Karl Landsteiner, Eugenio Megías+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、アノマリーを有する相対論的キラルフェルミオン系および強い結合型 conformal field theory において、キラル・ヴォルテックスおよびキラル磁気伝導度の周波数依存性を調査する。エネルギー運動量テンソルを含むWard恒等式を用いて、これらの伝導度がゼロ周波数でデルタ関数のピークを示すことが判明し、これは特異的かつ不連続な周波数依存性を示しており、これが重イオン衝突におけるキラル・ヴォルテックス効果が消える可能性を示唆している。

ABSTRACT

We study the frequency dependence of all the chiral vortical and magnetic conductivities for a relativistic gas of free chiral fermions and for a strongly coupled conformal field theory with holographic dual in four dimensions. Both systems have gauge and gravitational anomalies, and we compute their contribution to the conductivities. The chiral vortical conductivities and the chiral magnetic conductivity in the energy current show a frequency dependence in the form of a delta centered at zero frequency. This highly discontinuous behavior is a natural consequence of the Ward identities that include the energy momentum tensor. We discuss the physical interpretation of this result and its possible implications for the quark gluon plasma as created in heavy ion collisions. In the Appendix we discuss why the chiral magnetic effect seems to vanish in the consistent current for a particular implementation of the axial chemical potential.

研究の動機と目的

• 相対論的キラルフェルミオン系におけるキラル・ヴォルテックスおよびキラル磁気伝導度の周波数依存性を分析すること。
• ゲージおよび重力的アノマリーがこれらの伝導度を決定する役割を検討すること。
• キラル輸送係数の特異的挙動が、重イオン衝突におけるクォーク- gluonプラズマに与える物理的意味を評価すること。
• 軸対称化学ポテンシャルを導入した一貫した電流フレームワークにおいて、キラル磁気効果が見かけ上消える理由を明確にすること。

提案手法

• 自由な相対論的キラルフェルミオンガスにおけるキラル・ヴォルテックスおよびキラル磁気伝導度の解析的計算。
• 4次元の強い結合型 conformal field theory を研究するためのホログラフィック双対性の応用。
• エネルギー運動量テンソルを含むWard恒等式を用いて、伝導度の周波数依存性を制約すること。
• エネルギー電流応答におけるゼロ周波数でのデルタ関数特異性の分析。
• 一貫した電流と共変電流の比較により、キラル磁気効果の挙動を評価すること。
• ゲージおよび重力的アノマリーを伝導度計算に組み込むこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゲージおよび重力的アノマリーを有する系において、キラル・ヴォルテックス伝導度の周波数依存性はどのように振る舞うか？
• RQ2 エネルギー電流におけるキラル磁気伝導度がゼロ周波数でデルタ関数ピークを示す理由は何か？
• RQ3 この特異的周波数依存性が、重イオン衝突におけるクォーク-グルーオンプラズマに与える物理的結果は何か？
• RQ4 軸対称化学ポテンシャルを導入した際、なぜキラル磁気効果が一貫した電流フレームワークで見かけ上消えるのか？
• RQ5 エネルギー運動量テンソルを含むWard恒等式は、キラル輸送係数の構造をどのように制約するか？

主な発見

• エネルギー電流におけるキラル・ヴォルテックス伝導度およびキラル磁気伝導度は、ゼロ周波数でデルタ関数特異性を示す。
• この特異的挙動は、エネルギー運動量テンソルを含むWard恒等式から自然に生じており、異常系における輸送の根本的制約を示している。
• デルタ関数ピークは、極めて不連続な応答を示しており、これが重イオン衝突におけるキラル・ヴォルテックス効果の消滅につながる可能性がある。
• 軸対称化学ポテンシャルを導入した際、一貫した電流定式化においてキラル磁気効果が見かけ上消えることが、付録で示されている。
• 結果から、非解析的周波数依存性のため、キラル輸送の標準的ハイドロダイナミクス的記述が破綻する可能性があると示唆される。
• 自由フェルミオン系と強い結合型 conformal field theory の両モデルで、同じ特異的周波数構造が得られ、異常輸送における普遍性を示している。