[論文レビュー] Quark-hadron phase structure, thermodynamics and magnetization of QCD matter

Abdel Nasser Tawfik, Abdel Magied Diab+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2016

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、平均場近似におけるSU(3)ポリakov線形シグマ模型（PLSM）を用いて、有限磁場下におけるQCD物質のクォーク・ハドロン相構造、熱力学的性質、磁化を調査する。逆磁場カタリシスが見いだされ、チャーミカル転移温度は磁場強度が増加するにつれて低下する。また、QCD物質におけるパラ磁性行動が確認され、熱力学的および磁気的性質において、最近のヘキシスチュラルQCDシミュレーションと強い一致を示す。

ABSTRACT

SU($3$) Polyakov linear-sigma model (PLSM) is systematically implemented to characterize the quark-hadron phase structure and to determine various thermodynamic quantities and magnetization of the QCD matter. In mean-field approximation, the dependence of the chiral order-parameter on finite magnetic field is also calculated. In a wide range of temperatures and magnetic field strengths, various thermodynamic quantities including trace anomaly, speed of sound squared, entropy density, specific heat are presented and some magnetic properties are described, as well. Wherever available these results are confronted to recent lattice QCD calculations. The temperature dependence of these quantities confirms our previous result that the transition temperature is reduced with the increase in the magnetic field strength, i.e. QCD matter is to be characterized by an inverse magnetic catalysis. Furthermore, the temperature dependence of the magnetization shows that the conclusion that the QCD matter has paramagnetic properties slightly below and far above the pseudo-critical temperature, is confirmed, as well. The excellent agreement with recent lattice calculations proves that our QCD-like approach (PLSM) seems to possess the correct degrees-of-freedom in both hadronic and partonic phases and describes well the dynamics deriving confined hadrons to deconfined quark-gluon plasma.

研究の動機と目的

• 有限磁場下におけるQCD物質のクォーク・ハドロン相構造を特徴づけること。
• ハドロン相および一部子相の両方において、トレース異常、音速、エントロピー密度、比熱といった熱力学的量を決定すること。
• QCD物質の磁化および磁気的応答を分析し、パラ磁性または反磁性の挙動を特定すること。
• 有限磁場およびゼロ化学ポテンシャル下での最近のヘキシスチュラルQCDシミュレーションと結果を比較すること。
• SU(3)ポリakov線形シグマ模型が、チャーミカル転移および脱コンfinement転移を含むQCD物質を記述する信頼できる有効フレームワークであることを検証すること。

提案手法

• QCD物質におけるチャーミカルおよび脱コンフィネーションダイナミクスを記述するために、平均場近似におけるSU(3)ポリakov線形シグマ模型（PLSM）を用いる。
• 有限磁場がクォークダイナミクスに与える影響、特に電荷を帯びたクォークのサイクロトロン軌道に影響を及ぼすために、ランダウ準位を適用する。
• 分配関数を構築し、トレース異常、音速の二乗、エントロピー密度、比熱といった熱力学的量を計算する。
• チャーミカル凝集体および脱コンフィネーション順序パラメータを、温度および磁場強度の関数として計算する。
• 磁化は、磁場方向に沿った縦運動量成分に依存する自由エネルギーから導出される。
• 結果は、ゼロ化学ポテンシャルおよび有限磁場下での最近のヘキシスチュラルQCDシミュレーションとベンチマークされる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限磁場はQCD物質におけるチャーミカル転移および脱コンフィネーション転移にどのように影響するか？
• RQ2 トレース異常、音速、エントロピー、比熱といった主要な熱力学的量の温度および磁場強度依存性は何か？
• RQ3 QCD物質はパラ磁性または反磁性を示すか？その挙動は温度および磁場強度にどのように依存するか？
• RQ4 SU(3) PLSMは、有限磁場下における熱力学的および磁気的性質について、どの程度ヘキシスチュラルQCDの結果を再現するか？
• RQ5 磁場はチャーミカル対称性の回復およびクォーク凝集体の抑制にどのように影響するか？

主な発見

• チャーミカル擬臨界温度は、磁場強度が増加するにつれて低下し、逆磁場カタリシスを示している。
• 磁場強度が上昇するにつれて、軽いクォークのチャーミカル転移温度は、スリークォークの転移温度よりも速く低下する。
• ゼロ化学ポテンシャル下での最近のヘキシスチュラルQCDシミュレーションと比較して、PLSMによるチャーミカル凝集体および脱コンフィネーション順序パラメータの結果は非常に良好な一致を示す。
• 擬臨界温度のわずかに下およびはるかに高い領域で磁化が正であることが確認され、QCD物質のパラ磁性挙動が裏付けられた。
• トレース異常、エントロピー密度、比熱といった熱力学的量は、有限磁場下で特にハドロン相において増大している。
• クォーク・ハドロン相境界は、磁場強度が増加するにつれて低温側にシフトしており、ヘキシスチュラルQCDの結果と整合的である。