[論文レビュー] The Charmonium Potential at Non-Zero Temperature

Chris Allton, Wynne Evans+2 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 59被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、2+1フレーバーの異方的格子を用い、ハルQCD時間依存手法を用いて、有限のcharmクォーク質量を有するチャーミオン結合エネルギーの非摂動的格子QCD計算を、非ゼロ温度で初めて実施した。$T_{\rm C}$ よりも高い温度で、ポテンシャルの著しい平坦化が観測され、デュイシー・スクリーニング型ポテンシャル形式がコーネル形式よりも優れたフィットを示した。また、$T_{\rm C}$ よりも高い温度で、デュイシー質量が急激に増加し、スピン依存ポテンシャルに反発的コアが存在することが明らかになった。

ABSTRACT

The potential between charm and anti-charm quarks is calculated non-perturbatively using physical, rather than static quarks at temperatures on both sides of the deconfinement transition $T_{ m C}$, using a lattice simulation with 2+1 dynamical quark flavours. We used the HAL QCD time-dependent method, originally developed for inter-nucleon potentials. Our lattices are anisotropic, with temporal lattice spacing less than the spatial one which enhances the information content of our correlators at each temperature. Local-extended charmonium correlators were calculated efficiently by contracting propagators in momentum rather than coordinate space. We find no significant variation in the central potential for temperatures in the confined phase. As the temperature increases into the deconfinement phase, the potential flattens, consistent with the expected weakening interaction. We fit the potential to both the (a) Cornell and (b) Debye-screened potential forms, with the latter better reproducing the data. The zero temperature string tension obtained from (a) agrees with results obtained elsewhere, and it decreases with temperature, but at a slower rate than from the static quark approximation. The Debye mass from (b) is close to zero for small temperatures, but starts to increase rapidly around $T_{ m C}$. The spin-dependent potential is found to have a repulsive core and a distinct temperature dependence above $T_{ m C}$ at distances $\sim 1$ fm.

研究の動機と目的

• 静的クォーク近似を避けるために、有限質量のcharmクォークを用いて非ゼロ温度におけるチャーミオンポテンシャルを計算すること。
• QCDの脱コンfinement相におけるポテンシャルモデルの妥当性と温度依存性を評価すること。
• $T_{\rm C}$ の近くおよびそれより高い温度で、クォーク間ポテンシャルがスクリーニングおよび熱的修正を受けるかどうかを特定すること。
• 格子データへのコーネル形式とデュイシー・スクリーニング型ポテンシャル形式のフィット品質を比較すること。
• 非摂動的格子相関関数からデュイシー質量とスピン依存ポテンシャルを抽出すること。

提案手法

• 局所的・拡張型チャーミオン相関関数から直接ポテンシャルを抽出するために、ハルQCD時間依存手法を採用した。
• 時間方向に細かい格子間隔をとることで、時間方向分解能を向上させ、相関関数の情報量を増強した。
• クォーク伝播関数のフーリエ変換により運動量空間で局所的・拡張型相関関数を効率的に計算し、座標空間での縮約を回避した。
• 物理的 strangeクォーク質量と軽い u/d クォークを有する2nd世代のアンサンブルを用いて、2+1動的クォークフレーバーの非摂動的格子シミュレーションを実施した。
• 抽出されたポテンシャルをコーネル形式とデュイシー・スクリーニング型形式にフィットさせ、温度依存パラメータを決定した。
• 時間依存ハルQCDアプローチを用いることで、特に高温度領域で励起状態が大きなτにおける相関関数を汚染する問題を回避した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限質量のcharmクォーク間の中心的チャーミオンポテンシャルは、脱コンfinement転移付近で温度にどのように変化するか？
• RQ2 非ゼロ温度において、デュイシー・スクリーニング型ポテンシャル形式がコーネルポテンシャル形式よりも格子データに優れたフィットを示すか？
• RQ3 ポテンシャルから抽出されたストリング張力とデュイシー質量の温度依存性は何か？
• RQ4 スピン依存ポテンシャルは温度にどのように変化するか、特に脱コンfinement相においては？
• RQ5 $T_{\rm C}$ よりも高い温度で、距離が約1 fmの領域にスピン依存ポテンシャルに反発的コアが存在する証拠はあるか？

主な発見

• $T_{\rm C}$ よりも低い温度ではポテンシャルに顕著な変化が見られず、ハドロン相におけるコンfinement相互作用の安定性を示している。
• $T_{\rm C}$ よりも高い温度では、ポテンシャルが明確に平坦化しており、デュイシー・スクリーニングの開始とクォーク間力の弱体化を示している。
• コーネルフィットから抽出されたストリング張力は温度上昇に伴い減少するが、静的クォーク近似で予測されるよりも遅い速度で減少する。
• 低温度ではデュイシー質量はほぼゼロだが、$T_{\rm C}$ の周辺で急激に増加し、スクリーニングの開始を示している。
• デュイシー・スクリーニング型ポテンシャル形式が格子データにコーネル形式よりも優れたフィットを示しており、スクリーニング効果の重要性を示している。
• スピン依存ポテンシャルは反発的コアを示し、脱コンfinement相において距離約1 fmの領域で明確な温度依存性を示している。