[論文レビュー] QCD phase diagram at high temperature and density

Mei Huang|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2010

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、高温・高密度下におけるQCD相図をレビューし、RHICにおける強い相互作用型クォーグルーオンプラズマ(sQGP)の発見および高バリオン密度におけるギャップなし色超伝導体の相構造に焦点を当てる。体積粘性率/エントロピー密度が臨界終点を特定するプローブとして有用であり、ギャップなし色超伝導体物質における不均一相を駆動する染色磁気的不安定性、Sarma不安定性、ヒッグス不安定性を明確にした。

ABSTRACT

This article reviews recent progress of QCD phase structure, including color superconductor at high baryon density and strongly interacting quark-gluon plasma (sQGP) at high temperature created through relativistic heavy ion collision. A brief overview is given on the discovery of sQGP at RHIC. The possibility of locating the critical end point (CEP) from the property of bulk viscosity over entropy density is discussed. For the phase structure at high baryon density, the status of the unconventional color superconducting phase with mismatched pairing is reviewed. The chromomagnetic instability, Sarma instability and Higgs instability in the gapless color superconducting phase are clarified.

研究の動機と目的

• 高温・高バリオン密度という極限的条件下におけるQCD相図の理解に関する最近の進展を要約すること。
• RHICにおける強い相互作用型クォーグルーオンプラズマ(sQGP)の実験的発見および理論的特徴付けをレビューすること。
• 体積粘性率/エントロピー密度比を用いてQCD相図における臨界終点(CEP)の特定可能性を検討すること。
• 特に染色磁気的不安定性、Sarma不安定性、ヒッグス不安定性の役割を含めた、ギャップなし色超伝導相の安定性および相構造を分析すること。
• 高密度クォーク物質におけるこれらの不安定性が、平面波状態やストライプ状態を含む不均一状態の出現をどのように引き起こすかを明らかにすること。

提案手法

• 相対論的重イオン衝突で生成されるクォーグルーオンプラズマの時間発展をモデル化するために、流体力学的シミュレーションおよび相対論的流体力学を用いる。
• sQGP領域を記述するために摂動的QCDおよび有効場理論を適用し、特に剪断粘性率および体積粘性率/エントロピー密度比を分析する。
• AdS/CFT双対性を用いて剪断粘性率の下限を確立し、sQGPがほぼ完璧な流体であることを示唆する。
• ギャップなし色超伝導相をGorkov-Nambu形式および秩序パラメータの非線形実現を用いて分析し、不安定性を検討する。
• クーロン相互作用および勾配エネルギーの役割を、ヒッグス不安定性と競合するように評価し、最良の基底状態構造を決定する。
• 混合相、FF状態、LO状態、およびマルチプレーン波状態といった候補状態の自由エネルギーを比較し、最も安定な構成を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 体積粘性率/エントロピー密度比は、QCD相図における臨界終点(CEP)を特定するためのシグネチャとして機能できるか？
• RQ2 ギャップなし色超伝導相にどのような不安定性が生じるのか。また、それらは超伝導秩序パラメータの空間的構造にどのように影響を与えるか？
• RQ3 不釣合なペアリングを示す高密度クォーク物質において、染色磁気的不安定性、Sarma不安定性、ヒッグス不安定性はどのように競合または共存するか？
• RQ4 不釣合な超低温原子系がLOFF状態ではなく相分離を示すのはなぜか。これはクォーク物質に何を示唆するか？
• RQ5 coherence長および運動量スケール$k_{\text{min}}$は、不均一超伝導相の安定性を決定する上で果たす役割は何か？

主な発見

• RHICで生成されたsQGPは、AdS/CFTによって予測される下限$1/(4\tau)$に近い剪断粘性率/エントロピー密度比を示し、観測された中で最も完璧な流体であることを示している。
• 体積粘性率/エントロピー密度($\zeta/s$)は、一次相転移付近で急激に上昇し、二次相転移の臨界温度ではカドスを示す。これは、臨界終点を特定するためのプローブとしての可能性を示唆している。
• ギャップなし色超伝導相において、秩序パラメータの位相成分は染色磁気的不安定性に対して不安定であり、平面波状態の形成を促進する。
• 秩序パラメータの大きさ成分はSarma不安定性およびヒッグス不安定性の両者に影響を受ける。Sarma不安定性は電荷中性条件下で緩和可能であるが、ヒッグス不安定性はクーロン相互作用によって是正できない。
• ヒッグス不安定性は、2SC相のcoherence長と同程度の特徴的な長さスケールを持つ不均一状態の形成を引き起こし、空間的に周期的な構造の形成を好むことを示唆している。
• 数値解析により$l \sim k_{\text{min}}^{-1}$が得られ、$l/\xi < 1$のとき、相分離がエネルギー的に有利になることが示され、不均一相の出現を支持する。