[論文レビュー] Nf=2+1 dynamical Wilson quark simulation toward the physical point

Y. Kuramashi|ArXiv.org|Nov 26, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、β=1.9における32³×64格子上でのNf=2+1動的ウィルソンクォークとイワサキゲージ作用法を用いた大規模なラティスQCDシミュレーションを提示する。ドメイン分解HMCアルゴリズムとリプレイトリックを用いることで、物理的点に近い210 MeVのパイオン質量を達成した。チャーミカルな摂動論（ChPT）を用いた擬スカラー中間子質量および崩壊定数のへずみ外挿法結果を報告し、軽いクォーク質量領域でρ–ππ混合効果が顕著に現れ、非弾性崩壊チャネルの始まりを示唆している。

ABSTRACT

We present preliminary results of the PACS-CS project which simulates 2+1 flavor lattice QCD toward the physical point with the nonperturbatively O(a)-improved Wilson quark action and the Iwasaki gauge action. Calculations are carried out at beta=1.9 on a 32^3x64 lattice with the use of the domain-decomposed HMC algorithm to reduce the up-down quark mass. The resulting pseudoscalar meson masses range from 730 MeV down to 210 MeV. We discuss the physical results including the chiral analysis in the pseudoscalar meson sector and the hadron spectrum. Some algorithmic issues are also discussed.

研究の動機と目的

• 物理的点に近づくために、動的クォークを伴う2+1フレーバーのラティスQCDをシミュレートし、へずみ外挿法の必要性を排除すること。
• 高度なシミュレーションアルゴリズムを用いて、以前の限界を下回る軽いアップ・ダウンクォーク質量を達成し、物理的パイオン質量に到達可能にする。
• より大きな体積と高い統計的精度を用いて、バリオンおよびベクトル中間子を含むハドロンスペクトルを研究すること。
• 軽いクォーク質量領域におけるベクトル中間子領域でのρ–ππ混合効果を調査すること。
• 精度の高いQCD計算のための非摂動的正規化およびアルゴリズム的改良の信頼性を検証すること。

提案手法

• β=1.9の32³×64格子上に、非摂動的cSW = 1.715を用いたO(a)補正済みウィルソンクォーク作用法とイワサキゲージ作用法を用いる。
• 軽いアップ・ダウンクォークを効率的にシミュレートするため、ドメイン分解HMC（DDHMC）アルゴリズムを採用し、自己相関を低減し、より小さなクォーク質量を可能にする。
• Lüscherが提唱したリプレイトリックを適用し、HMCアルゴリズムにおける受容率を向上させ、特に軽いクォークに対して重要である。
• UVフィルターを施したPHMC（UV-PHMC）を strange クォーク領域に適用し、計算効率を向上させ、計算コストを低減する。
• 力のスケール比|Fg| : |FUV| : |FIR| ≈ 16:4:1を扱うために、複数時間スケール統合スキームを実装し、シミュレーション効率を向上させる。
• 得られたデータを用いて、擬スカラー中間子質量および崩壊定数について、チャーミカル摂動論（ChPT）を用いた解析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドメイン分解HMCアルゴリズムは、物理的点に近い軽いアップ・ダウンクォーク質量（mπ ≈ 210 MeV）を達成できるか？
• RQ2 特にρ中間子および擬スカラー中間子のシミュレートされた質量が、物理的点における実験的値とどの程度一致するか？
• RQ3 軽いクォーク質量領域におけるρ–ππ混合効果は、ベクトル中間子スペクトルにどのような影響を与えるか？
• RQ4 アップ・ダウンクォーク質量の関数として、ρ中間子と2π状態のエネルギー準位を比較するとどうなるか？
• RQ5 R関数の相関関数は、ρとππ状態間の混合効果をどの程度明らかにするか？

主な発見

• パイオン質量が210 MeVに達成され、これはmudMS(2 GeV) ≈ 5.6 MeVに対応し、物理的点に近づいた。
• Strangeクォークのホッピングパラメータκs = 0.13640は、物理的値（κs = 0.136412(50)）に非常に近く設定され、Strangeクォーク質量依存性を最小限に抑えた。
• ρ中間子の静止質量は常に2π状態のしきい値未満であるが、運動量p = 2π/Lを持つρ中間子では、軽いクォーク質量領域でエネルギーが2π状態を上回る。
• 平行成分と垂直成分のρ伝播関数の比として定義されるR関数は、log|R(t)|の正の勾配を示し、Eρ‖ < Eρ⊥であることを示しており、ρ–ππ混合と整合的である。
• κud > 0.13754の領域で、ρ‖とρ⊥状態のエネルギー差が急激に増大し、軽いクォーク質量領域でρ‖状態にππ成分の寄与が支配的になる傾向が示された。
• より大きな格子体積（32³×64）により、中間子およびバリオン質量の両方で良好な統計的信号が得られ、ハドロンスペクトルの信頼性が向上した。