[論文レビュー] QCD transition temperature: full staggered result

Szabolcs Borsányi, Zoltán Fodor+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2010

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 4被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、物理的クォーク質量比（m_s/m_u ≈ 28.15）と細かい格子間隔（N_t = 16）における2+1スタガードフェルミオンと1リンクスタウト改善を用いた高精度な格子QCDシミュレーションを提示し、QCD転移温度T_c ≈ 150–170 MeVのクロスオーバー転移を確認した。この研究は、長年の格差を解消し、hotQCD共同研究のT_c ≈ 185–195 MeVの結果が物理的でない格子の歪みに起因することを示した。具体的には、ピオンのスプリングが大きく、クォーク質量が重いために生じるものであり、本研究の結果は物理的ハドロン共鳴子ガス（HRG）およびちがく摂動論（χPT）の予測と一致し、スペクトルの歪みがない。

ABSTRACT

We conclude our investigations on the QCD cross-over transition temperatures with 2+1 staggered flavours and one-link stout improvement. We extend our previous two studies [Phys. Lett. B643 (2006) 46, JHEP 0906:088 (2009)] by choosing even finer lattices (N_t=16) and we work again with physical quark masses. These new results [for details see JHEP 1009:073,2010] support our earlier findings. We compare them with the published results of the hotQCD collaboration. All these results are confronted with the predictions of the Hadron Resonance Gas model and Chiral Perturbation Theory for temperatures below the transition region. Our results can be reproduced by using the physical spectrum. The findings of the hotQCD collaboration can be recovered only by using a distorted spectrum. This analysis provides a simple explanation for the observed discrepancy in the transition T between our and the hotQCD collaborations.

研究の動機と目的

• 著者らの共同研究とhotQCD共同研究との間で長年の25–30 MeVのQCD転移温度T_cの格差を解消すること。
• 特にトレース対称性の破れとピオン質量スプリングが抽出されたT_c値に与える影響を調査すること。
• ハドロン共鳴子ガス（HRG）モデルとちがく摂動論（χPT）を用いて、hotQCDの結果が物理的予測と整合するかどうかを検証すること。
• hotQCDシミュレーションにおける連続極限の不備と物理的でないクォーク質量が、格差の主な原因であることを立証すること。
• より細かい格子（N_t = 16）と物理的クォーク質量を用いた本研究の結果が、以前の発見の妥当性を裏付けること。

提案手法

• トレース対称性の破れを低減するため、完全なスタガードフェルミオン作用と1リンクスタウト改善を用いた格子QCDシミュレーションを実施。
• 零温度でのf_K/m_πおよびf_K/m_Kの一致により決定された物理的クォーク質量（m_s/m_u ≈ 28.15）を用いる。
• 格子間隔a ≲ 0.075 fmを達成するため、N_t = 16までシミュレーションを拡張し、連続極限に近づける。
• 物理的ピオンおよびカイオン質量と崩壊定数を用いたスケール設定により、系統的不確実性を最小限に抑える。
• 奇妙クォーク数 susceptibility、ポリakov環、クリア・コンデンゲート、トレース異常の格子結果を、HRGおよびχPTの予測と比較。
• HRGモデルを用い、物理的ハドロン質量と「歪められた」質量（hotQCDの重いピオンと有限格子間隔効果を模倣）を比較検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 両者ともに物理的奇妙クォーク質量を用いているにもかかわらず、なぜ著者らのT_c（150–170 MeV）とhotQCD共同研究のT_c（185–195 MeV）に顕著な差が生じるのか？
• RQ2 ピオン質量スプリングと有限格子間隔といった格子の歪みが、hotQCDシミュレーションで抽出されたT_cにどの程度歪めを及えるのか？
• RQ3 hotQCDの結果は物理的HRGモデルで再現可能か、それとも「歪められた」ハドロンスペクトルが必要か？
• RQ4 N_t = 16での著者らの結果は、以前の発見の整合性を確認し、HRGおよびχPTモデルにおける物理的スペクトルの妥当性を支持するか？
• RQ5 連続極限が、格子QCD共同研究間の格差を解消する上で果たす役割は何か？

主な発見

• N_t = 16での著者らの結果は、T_c ≈ 150–170 MeVのQCDクロスオーバー転移温度を確認し、以前の発見と整合している。
• hotQCD共同研究の高いT_c値（185–195 MeV）は、ハドロンスペクトルを人工的に歪めたHRGモデルでのみ再現可能である。
• 本研究の格子データは、物理的ハドロン質量を用いたHRGモデルと定量的に一致しており、スペクトルの歪みは不要であることを示している。
• T_cの格差は、主にhotQCDが使用したasqtadおよびp4作用に由来する物理的でない格子の歪み（特に大きなピオンスプリング）に起因する。物理的効果によるものではない。
• ピオン質量を低下させ（例：160 MeVに）、格子間隔を細かく（N_t = 12）すると、hotQCDの結果は著者らの連続極限推定値に近づくことから、離散化誤差の役割が確認された。
• 物理的クォーク質量と適切なトレース対称性の低減（スタウト改善による）を伴う連続極限は、正確なT_cの決定に不可欠である。