[論文レビュー] The anomalous transport of axial charge: topological vs non-topological fluctuations

Ioannis Iatrakis, Shu Lin+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2015

Geophysical and Geoelectrical Methods参考文献 65被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、アキシャル電荷の不均衡がトポロジカルなグルーオン的フラクチュエーションか、非トポロジカルな熱的フラクチュエーションのどちらに起因するかにかかわらず、非アーベルプラズマの応答がどのように変化するかを調査する。ホログラフィックモデル（Sakai-Sugimoto）を用いることで、チャーミカル磁気効果の電流とアキシャル電荷密度比が普遍的であり、アキシャル電荷の微視的起源に依存しないことが示された。また、アキシャル電荷の減衰はチェーン＝シモンズ拡散定数に支配されることが明らかになった。

ABSTRACT

Axial charge imbalance is an essential ingredient in novel effects associated with chiral anomaly such as chiral magnetic effects (CME). In a non-Abelian plasma with chiral fermions, local axial charge can be generated a) by topological fluctuations which would create domains with non-zero winding number b) by conventional non-topological thermal fluctuations. We provide a holographic evaluations of medium's response to dynamically generated axial charge density in hydrodynamic limit and examine if medium's response depends on the microscopic origins of axial charge imbalance. We show a local domain with non-zero winding number would induce a non-dissipative axial current due to chiral anomaly. We illustrate holographically that a local axial charge imbalance would be damped out with the damping rate related to Chern-Simon diffusive constant. By computing chiral magnetic current in the presence of dynamically generated axial charge density, we found that the ratio of CME current over the axial charge density is independent of the origin of axial charge imbalance in low frequency and momentum limit. Finally, a stochastic hydrodynamic equation of the axial charge is formulated by including both types of fluctuations.

研究の動機と目的

• アキシャル電荷不均衡に対する物質の応答が、その微視的起源（トポロジカルなフラクチュエーション対非トポロジカルなフラクチュエーション）に依存するかどうかを特定すること。
• チャーミカルフェルミオンを有する脱コンfinement状態のプラズマが、動的に生成されたアキシャル電荷密度にどのように応答するかを検討すること。
• チャーミカル磁気効果（CME）電流が、アキシャル電荷がトポロジカルなドメイン形成に起因するか、熱的フラクチュエーションに起因するかに依存するかどうかを評価すること。
• トポロジカルおよび非トポロジカルなフラクチュエーションの両方を組み込んだ確率的流体力学的方程式を定式化し、アキシャル電荷相関のダイナミクスを解析すること。
• 流体力学的極限における動的アキシャル感受率の普遍性を確立すること。

提案手法

• チャーミカルフェルミオンを有する大Nc、クエンチドQCDに類似したプラズマを記述するため、トップダウンのホログラフィックなSakai-Sugimotoモデルを用いる。
• C7ラムンド＝ラミン・場の力学とそのフレーバー領域へのWess-Zuminoカップリングを用いて、トポロジカルなグルーオン的フラクチュエーションをモデル化する。
• 流体力学的極限（小ω、k）におけるアキシャル電流応答を計算し、チャーミカル磁気電流とアキシャル電荷密度比を特定する。
• フレーバー系とグルーオン系の相互作用を通じて、アキシャル電荷不均衡の減衰率を導出し、チェーン＝シモンズ拡散定数に結びつける。
• トポロジカルおよび熱的フラクチュエーションからの両方のノイズを含むアキシャル電荷のための確率的流体力学的方程式を定式化する。
• チェーン＝シモンズ拡散定数とスファラネオン減衰率とのアインシュタイン的関係を用いて、熱力学的一致性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャーミカル磁気効果電流は、アキシャル電荷不均衡がトポロジカルなフラクチュエーションか熱的フラクチュエーションに起因するかに依存するか？
• RQ2 流体力学的極限において、CME電流とアキシャル電荷密度比として定義される動的アキシャル感受率は、アキシャル電荷の微視的起源に依存するか？
• RQ3 チェーン＝シモンズ拡散定数は、局所的に生成されたアキシャル電荷密度の減衰に果たす役割は何か？
• RQ4 拡散的およびトポロジカル寄与の両方が関与する場合、アキシャル電荷密度の空間相関は時間とともにどのように進化するか？
• RQ5 トポロジカルおよび非トポロジカルな源からのアキシャル電荷フラクチュエーションを統一的に記述できる確率的流体力学的フレームワークは構築可能か？

主な発見

• 低周波数・長波長の流体力学的極限において、チャーミカル磁気電流とアキシャル電荷密度比は、アキシャル電荷不均衡の微視的起源に依存しない。
• 非ゼロのねじれ数を持つ局所的ドメインは、チャーミカル異常を介して非散乱的アキシャル電流を誘導するが、ホログラフィー的に確認された。
• アキシャル電荷密度は、スファラネオン減衰率と熱力学的一致性により結びつくチェーン＝シモンズ拡散定数に関連する率で減衰する。
• CME電流とアキシャル電荷密度比の逆数として定義される動的アキシャル感受率は、静的感受率と一致し、起源にかかわらず普遍的である。
• 長時間極限において、アキシャル電荷フラクチュエーションは熱平衡に達し、分散はχTVに近づき、熱力学的期待と整合的である。
• 確率的流体力学的方程式により、拡散モードが時間とともにアキシャル電荷密度間に空間相関を生成することが示され、相関関数は非局所的形から平衡状態でデルタ関数に進化する。