[論文レビュー] Parity odd bubbles in hot QCD

Dmitri E. Kharzeev, Pisarski, R. D.+1 more|ArXiv.org|Aug 19, 1998

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 8

ひとこと要約

本稿は高温QCDにおけるパリティ奇性の泡を調査し、もし脱コンfinメント転移が温度$T_d$で第二種であるならば、Wittenの関係によりトポロジカル感受率が消えることを示している。これにより、非ゼロの$\theta$-角を持つメタ安定領域が生じ、それがパリティ奇性の泡として現れ、中間子の性質を劇的に変化させる。具体的には、$\theta$-中間子（$\eta$, $\eta'$）が軽くなり、$\eta \to \pi^0\pi^0$のような禁止崩壊が可能になり、チャージドパイオンにおける検出可能なパリティ奇性の非対称性が生じる。

ABSTRACT

We consider the topological susceptibility for an SU(N) gauge theory in the limit of a large number of colors, $N o \infty$. At nonzero temperature, the behavior of the topological susceptibility depends upon the order of the deconfining phase transition. The most interesting possibility is if the deconfining transition, at $T=T_d$, is of second order. Then we argue that Witten's relation implies that the topological susceptibility vanishes in a calculable fashion at $T_d$. As noted by Witten, this implies that for sufficiently light quark masses, metastable states which act like regions of nonzero $θ$ --- parity odd bubbles --- can arise at temperatures just below $T_d$. Experimentally, parity odd bubbles have dramatic signatures: the $η'$ meson, and especially the $η$ meson, become light, and are copiously produced. Further, in parity odd bubbles, processes which are normally forbidden, such as $η o π^0 π^0$, are allowed. The most direct way to detect parity violation is by measuring a parity odd global asymmetry for charged pions, which we define.

研究の動機と目的

• 大スケール$N$のSU(N)ゲージ理論における非ゼロ温度下でのトポロジカル感受率の挙動を理解すること。
• 第二種の脱コンパクト化相転移が、メタ安定トポロジカル領域の存在に与える影響を調査すること。
• 特に中間子生成および崩壊におけるパリティ奇性の泡の現象論的シグナルを探索すること。
• チャージドパイオン生成における測定可能なグローバル非対称性を、これらの領域におけるパリティ破れの直接的シグナルとして提案すること。

提案手法

• 大$N$極限における真空エネルギーの$\theta$-依存性とトポロジカル感受率のWittenの関係の使用。
• 第二種相転移を仮定した場合、脱コンパクト化転移温度$T_d$におけるトポロジカル感受率の挙動の分析。
• 非ゼロ$\theta$-角がある状況下での準スカラー中間子の低エネルギー力学を記述するための有効場理論的手法の適用。
• $T_d$よりわずかに下で、メタ安定な$\theta$-真空領域（パリティ奇性の泡）が形成される条件の導出。
• これらの泡の存在下で、通常は禁止されている過程（例：$\eta \to \pi^0\pi^0$）の崩壊率の計算。
• チャージドパイオン生成におけるパリティ奇性のグローバル非対称性を、実験的検出シグナルとして定義。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大$N$QCDにおける脱コンパクト化転移でトポロジカル感受率が消える条件は何か？
• RQ2 相転移が第二種である場合、$T_d$よりわずかに下で非ゼロ$\theta$-角を持つメタ安定領域（パリティ奇性の泡）が形成可能か？
• RQ3 このようなパリティ奇性の泡が中間子の質量および崩壊率に与える観測可能な影響は何か？
• RQ4 これらの領域の存在は、特にパイオン生成の非対称性を通じてどのように実験的に検出可能か？
• RQ5 $\eta$および$\eta'$中間子は、パリティ奇性の泡の存在を示すために果たす役割は何か？

主な発見

• 第二種相転移である場合、Wittenの関係により、脱コンパクト化転移温度$T_d$でトポロジカル感受率が消える。
• クォーク質量が十分に軽い場合、$T_d$よりわずかに下で非ゼロ$\theta$-角を持つメタ安定領域（パリティ奇性の泡）が形成可能である。
• $\eta$および$\eta'$中間子はこれらの領域で軽くなり、生成率が増加する。
• 通常は禁止されている崩壊（例：$\eta \to \pi^0\pi^0$）が、パリティ奇性の泡では許可され、観測可能になる。
• チャージドパイオン生成におけるパリティ奇性のグローバル非対称性が、これらの領域の直接的実験的シグナルとして提案される。
• このような泡の存在は、ハドロン系における劇的なパリティ破れを意味し、特定の崩壊および生成パターンを通じて検出可能である。