[論文レビュー] Polyakov loop in 2+1 flavor QCD

Alexei Bazavov, P. Petreczky|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2013

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、2+1フレーバーQCDにおける高精度な連続極限補正計算を、高精度なステアガードクォーク（HISQ）作用を用いて実施し、210 MeVまでの温度範囲で、再正則化されたポリakovループの計算を報告する。140 MeV未満では非相互作用的静的軽クォークハドロン共鳴状態気体モデルが良好にポリakovループを記述するが、この温度を超えるとその記述が失敗し、脱コンfinement転移領域における自由ハドロン気体の挙動を超える顕著な媒体効果が存在することを示唆している。

ABSTRACT

We study the temperature dependence of the renormalized Polyakov loop in 2+1 flavor QCD for temperatures T<210 MeV. We extend previous calculations by the HotQCD collaboration using the highly improved staggered quark action and perform a continuum extrapolation of the renormalized Polyakov loop. We compare the lattice results with the prediction of non-interacting static-light hadron resonance gas, which describes the temperature dependence of the renormalized Polyakov loop up to T<140 MeV but fails above that temperature. Furthermore, we discuss the temperature dependence of the light and strange quark condensates.

研究の動機と目的

• 物理的クォーク質量を用いた2+1フレーバーQCDにおける再正則化ポリakovループの高精度かつ連続極限補正計算を実施すること。
• 非相互作用的静的軽クォークハドロン共鳴状態気体モデルがポリakovループの温度依存性をどの程度正確に記述できるかを評価すること。
• 軽クォークおよび strange クォークの凝集体の温度依存性、特にそれらの再正則化形の温度依存性を調査すること。
• 異なるフェルミオン作用を用いた以前の計算と比較し、クォーク質量の違いに起因する系の差異を同定すること。

提案手法

• 時間的延長 $N_{\tau} = 6, 8, 10, 12$ および空間的体積 $40^3 \times N_{\tau}$ を用いた、HISQ作用を用いた格子QCDシミュレーション。
• 誤差推定にブートストラップ再サンプリングを用い、$1/N_{\tau}^2$ 擬合せを用いて再正則化ポリakovループの連続極限補正を実施。
• データポイントの滑らかなスプライン補間を実施し、その後ブートストラップ解析を用いて連続極限における不確実性を推定。
• 紫外発散を除去する減算方式を用いて再正則化クォーク凝集体 $\Delta_q^R$ を計算。
• 格子で決定された静的軽クォークハドロンスペクトルを用いて、非相互作用的ハドロン共鳴状態気体モデルとの比較を実施。
• 一貫性の確認および以前のスチューブ作用結果との比較のため、$f_K$ で決定された格子スケールを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2+1フレーバーQCDにおける再正則化ポリakovループの温度依存性は、非相互作用的静的軽クォークハドロンおよび共鳴状態の気体モデルでどの程度記述可能か？
• RQ2 再正則化ポリakovループは連続極限でどのように振る舞い、他のフェルミオン作用を用いた以前の計算と比較してどう異なるか？
• RQ3 再正則化された軽クォークおよび strange クォークの凝集体の温度依存性は何か？それらの熱的進化はどのように異なるか？
• RQ4 ハドロン共鳴状態気体モデルがポリakovループを記述できなくなる温度はどの程度で、これは熱的QCDにおける媒体効果について何を示唆するか？

主な発見

• 連続極限補正された再正則化ポリakovループは140 MeV未満で非相互作用的静的軽クォークハドロン共鳴状態気体モデルと良好に一致しており、この領域ではハドロン自由度が支配的であることを示唆している。
• 140 MeVを超える領域では、モデルは格子データを記述できず、色スクリーニングや自由気体近似を超える相互作用といった顕著な媒体効果の発現が示唆される。
• 軽クォークの凝集体 $\Delta_l^R$ は温度上昇に伴い急激に減少し、$T \approx 150$ MeV で真空中の値の半分にまで低下する。
• strange クォークの凝集体 $\Delta_s^R$ ははるかにゆっくり減少し、真空中の値の半分に達するのは $T \approx 200$ MeV に達するまでである。
• HISQ作用を用いた再正則化ポリakovループの結果は、以前のスチューブ作用の結果よりもわずかに高い値を示しており、本研究で用いられた軽クォーク質量が軽いため（$m_l = m_s/20$）とみられるが、以前の研究（$m_l = m_s/27$）と比較して軽い。
• $f_K$ スケールを用いた $N_{\tau}=12$ のHISQデータは、連続極限補正結果よりも系統的に高い値を示しており、$1/N_{\tau}^2$ 擬合せでは完全に捉えきれていない格子スケール依存性が存在することを示唆している。