[論文レビュー] QCD thermodynamics with O(a) improved Wilson fermions at Nf=2

Bastian B. Brandt, Anthony Francis+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 2013

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 17被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、Nt=16および空間的スケールが最大64の格子上でのO(a)-改良ウィルソンフェルミオンを用いて、二フレーバーQCDにおけるヘリカル相転移を検討し、臨界点付近でのスクリーニング質量およびU_A(1)対称性の破れを焦点とする。1.25T_Cまでスカラーチャネルと擬スカラーチャネルの間で持続的な質量分裂が観測され、ヘリカル極限における強い異常U_A(1)対称性の破れを示唆しており、ヘリカル補外によりm_ud=0に向かって効果が強まる傾向が示唆される。

ABSTRACT

We present an update of our study of the phase diagram of two-flavour QCD at zero baryon density with dynamical $O(a)$ improved Wilson quarks. All simulations are done on lattices with a temporal extent of $N_t=16$ and spatial extent $L=32,48$ and 64, ensuring that discretisation effects are small and finite size effects can be controlled. In the approach to the chiral limit we currently have three scans with pion masses between 540 and 200 MeV. In this proceedings article the focus is on the new scan at $m_π=200$ MeV and the measurement of screening masses. We also present first results concerning a test of scaling in the approach to the chiral limit and the chiral extrapolation of the difference of screening masses in scalar and pseudoscalar channels, which provides a measure for the strength of the anomalous breaking of the $U_A(1)$ symmetry.

研究の動機と目的

• ゼロバリオン密度における二フレーバーQCDのヘリカル相転移の順序を特定すること。
• スクリーニング質量を用いてヘリカル極限における異常U_A(1)対称性の破れの強さを評価すること。
• 有限体積シミュレーションを用いて臨界スケーリングを検証し、U_A(1)対称性の破れ効果のヘリカル補外を実施すること。
• 固定Nt=16および大きな空間的格子（L=32,48,64）を用いて離散化および有限サイズ効果を制御すること。
• 相転移領域全域でスカラーチャネル、擬スカラーチャネル、ベクトルチャネル、軸ベクトルチャネルにおけるスクリーニング質量を測定すること。

提案手法

• 非摂動的O(a)-改良ウィルソンフェルミオンを用いた2つの縮退したクォークとウィルソンプラケットゲージ作用法則を用いたシミュレーション。
• Nt=16として、切り捨て誤差を最小限に抑えるために16×32³、16×48³、16×64³の格子体積を用い、熱力学的極限への外挿を可能にする。
• ホッピングパラメータκと正規化クォーク質量を一定に保ちながら温度スキャンを実施し、CLSの入力とμ=2 GeVにおけるMS̄でのPCAC質量を用いてスケール設定を行う。
• 主な観測量には、APEスムージングを施したポリコフ・ループ、減算されたヘリカル凝集体、およびそれらの感受率を含み、誤差解析にはブートストラップリサンプリング（1000ブロック）を用いる。
• スクリーニング質量は、相関関数からの有効質量フィットによって抽出され、S-PおよびA-Vチャネルの分裂を分析してU_A(1)対称性の破れを調査する。
• スカラーチャネルと擬スカラーチャネルの質量差のヘリカル補外をm_udに関する線形補外で行い、m_ud=0における挙動を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Nf=2 QCDにおけるヘリカル相転移は、ヘリカル極限においても第二種相転移のままであるか、それとも第一種相転移に変わるか？
• RQ2 スカラーチャネルと擬スカラーチャネルのスクリーニング質量差として測定される、ヘリカル極限における異常U_A(1)対称性の破れの強さはいかほどか？
• RQ3 スカラーチャネル、擬スカラーチャネル、ベクトルチャネル、軸ベクトルチャネルにおけるスクリーニング質量は、ヘリカルクロスオーバー領域でどのように変化するか？
• RQ4 パイオン質量が200 MeVを超える現在のデータセットで、臨界スケーリングが観測可能か？
• RQ5 スカラーチャネルと擬スカラーチャネルの質量差の補外に基づくと、U_A(1)対称性の破れ効果はヘリカル極限で強まるか、弱まるか？

主な発見

• mπ=200 MeVのスキャンにおいて、1.25T_Cまでスカラーチャネルと擬スカラーチャネルのスクリーニング質量差が顕著に残り、持続的なU_A(1)対称性の破れを示唆する。
• 高温域では、S-P質量差が2πTの漸近的限界のおよそ40–60%に達しており、ヘリカル極限における非ゼロの破れ効果があることを示唆する。
• S-P質量差のヘリカル補外により、m_ud=0における非ゼロの値が得られ、ヘリカル極限に向かって強度が増す傾向が示唆される。
• ベクトルチャネルと軸ベクトルチャネルのスクリーニング質量はT_C付近でデゲネレートしており、チャネルSU_A(2)対称性の回復と整合的である。
• T_Cは、mπ≈540 MeV（スキャンB1κ）で245(7)(6) MeV、mπ≈200 MeV（スキャンD1）で193(7)(5) MeVとして測定された。
• 有限サイズ効果は小さいが無視できない。SおよびPチャネルの質量は約1.25T_Cでデゲネレートしており、Nf=2+1のドメインウォールおよびステガードフェルミオンのシミュレーション結果と整合的である。