[論文レビュー] Shear Viscosity of hadronic matter at finite temperature and magnetic field

Ritesh Ghosh, Najmul Haque|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 59被引用数 21

ひとこと要約

本稿では、弛緩時間近似における線形シグマ模型を用いて、温度および磁場依存の核物質におけるせん断粘性率対エントロピー密度比（η/s）を計算している。S行列法を用いて磁場修正された散乱振幅を組み込み、最低ランダウ準位（LLL）に注目することで、磁場が存在する場合、熱的媒体のみの場合と比較してη/sが低下することが明らかになった。磁場の方向的影響により、せん断粘性率係数に顕著な異方性が生じている。

ABSTRACT

We calculate the transport coefficient of hadronic matter in the presence of temperature and magnetic field using the linear sigma model. In the relaxation time approximation, we estimate the shear viscosity over entropy density $\eta/s$. The point-like interaction rates of hadrons are evaluated through the $S$-matrix approach in the presence of a magnetic field to obtain the temperature and magnetic field-dependent relaxation time. We observe that the transport coefficients are anisotropic in the presence of the magnetic field. We calculate the temperature and magnetic field-dependent anisotropic shear viscosity coefficients by incorporating the estimated relaxation time. The value of viscosity over entropy density is lower in the presence of a magnetic field than the value of it in a thermal medium. The behavior of the perpendicular components of the shear-viscous coefficient is also discussed. We consider the temperature-dependent hadron masses from mean-field effects in this work.

研究の動機と目的

• 有限温度における強い磁場が核物質のせん断粘性率に与える影響を調査すること。
• 磁場に起因する異方性を組み込むことで、等方的熱的媒体を超えた輸送係数の計算を拡張すること。
• 磁場存在下での5つの異方的せん断粘性率係数の完全なセットを計算すること。
• 平均場効果による温度依存のハドロン質量の役割を輸送特性に評価すること。
• 磁場が熱的媒体の場合と比較してη/s比にどのように影響を与えるかを特定すること。

提案手法

• 平均場効果による温度依存質量を有する核物質を記述するため、線形シグマ模型（LSM）を用いる。
• 散乱振幅から得られる弛緩時間と輸送係数を関係づけるために、弛緩時間近似（RTA）を用いる。
• 磁場存在下での散乱振幅および相互作用率を、S行列法を用いて計算し、最低ランダウ準位（LLL）の寄与に注目する。
• 平衡からのずれを磁場方向の不変的表現に射影することで、異方的せん断粘性率係数を導出する。
• 各モードの実部および虚部を有する複素係数（cm）と射影テンソルを用いて、せん断粘性率テンソルを表現する。
• 定常磁場内でのディラック方程式を解き、電荷を有するハドロンのランダウ準位量子化状態および波動関数を取得する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い磁場は、有限温度における核物質のせん断粘性率対エントロピー密度比（η/s）をどのように変化させるか？
• RQ2 磁場によって誘発されるせん断粘性率係数の異方性度はどの程度で、磁場方向に平行および垂直な成分はどのように異なるか？
• RQ3 S行列散乱振幅から導かれる磁場依存の弛緩時間は、輸送係数にどのように影響を与えるか？
• RQ4 平均場効果による温度依存のハドロン質量の組み込みは、η/sに及ぼす磁場の影響を変化させるか？
• RQ5 磁場は、純粋な熱的媒体の場合の値と比較して、η/sをどのように低減させるか？

主な発見

• せん断粘性率対エントロピー密度比（η/s）は、磁場が存在する場合、熱的媒体の場合と比較して低下しており、流動性が向上していることを示している。
• 磁場の影響により、せん断粘性率係数は異方的となり、磁場方向に平行および垂直な成分にそれぞれ異なる値を示している。
• せん断粘性率係数の垂直成分は、温度および磁場強度に対して非単調な依存関係を示している。
• 磁場の影響により、電荷を有するハドロンの弛緩時間は変更され、散乱率が抑制され、平衡化に要する時間が長くなる。
• 最低ランダウ準位（LLL）の寄与が輸送係数を支配しており、計算におけるLLL近似の妥当性が裏付けられている。
• 5つの異方的せん断粘性率係数（複素モードを含む）の完全なセットが計算され、射影テンソルおよびモード依存係数を用いて表現された。