[論文レビュー] The chiral magnetic effect from lattice QCD

Gunnar Bali, Falk Bruckmann+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2014

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 34被引用数 6

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、外部磁場下で、トポロジカルな電荷密度とクォークの電気双極子モーメントの相関を測定することで、キラル磁気効果を評価している。相関は磁場に比例して線形に増加し、その係数は温度に対してわずかに依存する。この効果は、インスタントン背景を用いた質量ゼロのクォークモデルによる予測よりも約1桁小さい値であることが判明した。

ABSTRACT

We study the chiral magnetic effect on the lattice by measuring the local correlation between the topological charge density and the electric dipole moment of quarks, induced by the magnetic field. This correlator is found to increase linearly with the external field, with the coefficient of proportionality depending only weakly on temperature. Results are obtained on lattices with various spacings, and are extrapolated to the continuum limit after the renormalization of the observables is carried out. This renormalization utilizes the gradient flow for the quark and gluon fields. Our findings suggest that the strength of the chiral magnetic effect is about an order of magnitude smaller than the model prediction based on massless quarks, the lowest-Landau-level approximation and instanton-like gluon backgrounds.

研究の動機と目的

• 外部磁場下で、トポロジカル電荷密度とクォークの電気双極子モーメントの相関を測定することにより、ラティスQCDにおけるキラル磁気効果を調査すること。
• キラル磁気効果の強さが温度および外部磁場強度にどのように依存するかを特定すること。
• 異なる格子間隔を用いた連続極限補外を実施し、勾配フローを用いて観測量を正規化すること。
• 質量ゼロのクォークとインスタントン様のゲージ場背景に基づくモデル予測と、ラティスQCDの結果を比較すること。

提案手法

• 外部磁場下で、局所的なトポロジカル電荷密度とクォークの電気双極子モーメントの相関を測定する。
• 複数の格子間隔を用いて離散化効果を評価し、連続極限への補外を行う。
• クォークおよびゲージ場を正規化するために勾配フローを適用し、ゲージ不変かつスケール不変な観測量を保証する。
• 温度および磁場強度を複数の値で変化させたシミュレーションを実施し、磁場および温度依存性を分析する。
• 連続極限補外された結果を用いて、相関と磁場との比例係数を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ラティスQCDにおいて、キラル磁気効果の相関は外部磁場にどのように依存するか？
• RQ2 連続極限において、キラル磁気効果係数の温度依存性は何か？
• RQ3 質量ゼロのクォークと最低ランダウ準位近似を仮定したモデル予測と比較して、ラティスQCDの結果は定量的にどの程度一致するか？
• RQ4 勾配フロー法は、トポロジカル電荷密度および電気双極子モーメントの信頼性ある正規化をどの程度保証するか？

主な発見

• トポロジカル電荷密度とクォークの電気双極子モーメントの相関は、外部磁場に比例して線形に増加する。
• 相関と磁場との比例係数は、温度に対してわずかに依存する。
• 連続極限補外および勾配フローによる正規化を経た後、キラル磁気効果の強さは、モデル予測よりも約1桁小さいことが判明した。
• 異なる格子間隔においても結果が一貫しており、この文脈における勾配フローによる正規化の信頼性を支持する。