[論文レビュー] Recent progresses on QCD phases in a strong magnetic field -- views from Nambu--Jona-Lasinio model

Gaoqing Cao|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2021

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 187被引用数 4

ひとこと要約

このレビューは、Nambu–Jona-Lasinio (NJL) モデルを用いて、強い磁場下における量子色力学 (QCD) の相を調べ、スピン対称性の破れ/回復、中性および荷電超流動性/超伝導性、および色超伝導性に注目している。自己無撞撃的NJLスキームが逆磁場加速効果や相の競合といった主要なパズルを解消するが、特に2m閾値近くでは閉じ込めの欠如のため、ρのようなベクトルメソンを記述できない点に注意を喚起している。

ABSTRACT

In this review, we summarize recent progress on the possible phases of quantum chromodynamics (QCD) in the presence of a strong magnetic field, mainly from the views of the chiral effective Nambu--Jona-Lasinio model. Four kinds of phase transitions are explored in detail: chiral symmetry breaking and restoration, neutral pseudoscalar superfluidity, charged pion superfluidity and charged rho superconductivity. In particular, we revisit the unsolved problems of inverse magnetic catalysis effect and competition between the chiral density wave and solitonic modulation phases. It is shown that useful results can be obtained by adopting self-consistent schemes.

研究の動機と目的

• Nambu–Jona-Lasinio (NJL) 有効場理論を用いて、強い磁場下におけるQCD相を体系的に分析すること。
• 有限温度におけるスピン対称性回復における長年のパズルである逆磁場加速効果を解明すること。
• 高密度物質における不均一相、例えばスピン密度波とソリトン的変調の間の競合を調査すること。
• 平行な電磁場と回転場下における中性パラメトニックスカル、荷電π中間子、および荷電ρ超流動性/超伝導性の実現可能性を評価すること。
• 強い磁場下における物理的ベクトル中間子（ρなど）を記述するNJLモデルの限界を評価すること。

提案手法

• 強い磁場下での相転移を調べるために、自己無撞撃的平均場近似を用いたNJLモデルを採用する。
• 外部磁場下におけるランダウ準位の量子化を扱うために、Ritus形式および固有時表示を用いる。
• モデル依存性と安定性を評価するために、三元運動量カットオフ、四元運動量カットオフ、およびパウリ＝ビリヤール正則化の3つの正則化スキームを適用する。
• ρおよびπ⁰中間子の有効逆プロパゲーターを計算し、共鳴行動を調べ、物理的でない特徴を同定する。
• 磁場強度および化学ポテンシャルの異なる条件下での結果を比較して、相図をマッピングする。
• フェルミ粒子のループ補正を評価するため、フェファノパラメータの統合を用い、特にベクトル中間子の自己エネルギーに注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限温度下における逆磁場加速効果は、NJLモデルでどのように現れるのか。その抑制を説明するメカニズムは何か。
• RQ2 磁場が荷電π中間子および荷電ρ超伝導相の安定化または抑制に果たす役割は何か。
• RQ3 磁場存在下における不均一相（例えばスピン密度波およびソリトン的変調）の間の競合は、どのように進行するか。
• RQ4 標準的NJLモデルが強い磁場下で物理的ρ中間子の性質を記述できない理由は何か。また、どのような正則化スキームが有効か。
• RQ5 平行な電場および磁場下における多フラバー系で、中性パラメトニックスカル超流動性をNJLモデルが一貫して記述できるか。

主な発見

• 四元運動量カットオフ正則化スキームのみが、物理的極近くでρ中間子プロパゲーターに物理的でない符号を示さない。三元運動量カットオフおよびパウリ＝ビリヤールスキームとは対照的である。
• 強い磁場下では、2m近傍でρ⁺₁中間子の逆プロパゲーターに物理的でない谷（ディップ）が現れ、物理的でないクォーク対生成に起因する急激かつ不連続な質量シフトを示唆している。
• 2m近傍の不安定性は、NJLモデルの閉じ込めの欠如に起因するものであり、物理的共鳴効果ではない。このため、強い磁場下ではρおよびω中間子の記述にはモデルを用いるべきではない。
• ポリコフ・ループを含めたPNJLモデルですら、強い磁場下でベクトル中間子スペクトルを安定化させるのに不十分である。
• 自己無撞撃的スキームを適用した場合、NJLモデルはスピン対称性の破れ、逆磁場加速効果、および中性パラメトニックスカル超流動性をうまく記述できる。
• 荷電π中間子および荷電ρ超伝導相は磁場によって抑制され、標準的NJL仮定下では平行な電磁場下で安定解は得られなかった。