[論文レビュー] The QCD equation of state and the effects of the charm

Szabolcs Borsányi, Gergely Endrődi+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2012

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 18被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、改良された格子QCD作用法を用いて $N_f=2+1$ フレーバーの連続的外挿を施した状態方程式（EOS）を提示し、charm クォークを含む $N_f=2+1+1$ EOS の最初の完全に動的なシミュレーションを報告する。結果はハドロン共鳴状態ガスモデルと非常に良好に一致しており、charm クォークの効果は $ sim300$ MeV 以上で顕著になることが示唆され、離散化効果や有限サイズ効果は観測されない。

ABSTRACT

We present an update on the QCD equation of state of the Wuppertal-Budapest Collaboration, extending our previous studies [JHEP 0601 (2006) 089, JHEP 1011 (2010) 077]. A Symanzik improved gauge and a stout-link improved staggered fermion action is utilized. We discuss partial quenching and present preliminary results for the fully dynamical charmed equation of state.

研究の動機と目的

• 改良された格子作用法を用いて、$N_f=2+1$ フレーバーの高精度で連続的外挿を施した状態方程式（EOS）を計算すること。
• charm クォークをQCD EOSにおける動的自由度として含めることの影響を調査すること。
• 部分的くわえ近似によるcharm クォーク効果の信頼性を評価し、完全に動的な結果と比較すること。
• 温度が $\sim300$ MeV までに及ぶ $N_f=2+1+1$ EOS において、有限サイズ効果や離散化アーティファクトが存在しないことを確認すること。

提案手法

• $N_f=2+1$ および $N_f=2+1+1$ QCD シミュレーションに、Symanzik改善型ゲージ作用法とstout-link改善型ステガードフェルミオン作用法を用いた。
• さまざまな $N_t$ 値における格子データに対して立方スプライン補間を適用し、補間パラメータの変動による系統的誤差を推定した。
• $O(a^2)$ フィットアンザッツを用いて連続的極限の外挿を実行し、格子間隔に起因するアーティファクトを除去した。
• 圧力およびトレース異常を計算するために、減算されたゲージおよびクォーク凝集作用を用いた積分法を適用した。
• 有限体積効果のテストとして、$N_t=8$ における異なるアスペクト比のシミュレーションを実施した。
• valence にのみcharm クォークを含む部分的くわえ結果と完全に動的なシミュレーションを比較し、海に存在するcharm クォークの影響を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 charm クォークを動的自由度として含めることで、QCD 状態方程式にどのような影響が生じるか？
• RQ2 部分的くわえ近似によるcharm クォーク効果が完全に動的な結果からどれほどずれるか、その原因は何か？
• RQ3 QCD EOS において、charm クォークの効果がどの温度で顕著になるか？
• RQ4 特に高温域において、$N_f=2+1+1$ EOS の結果が有限サイズ効果や離散化アーティファクトを含まないか？
• RQ5 $N_f=2+1$ EOS の格子QCD結果は、ハドロン共鳴状態ガス（HRG）モデルの予測とどの程度一致するか？

主な発見

• $N_f=2+1$ 状態方程式は連続的外挿を施した後、物理的ハドロン共鳴状態ガスモデルの予測と非常に良好に一致した。
• 有限体積効果は存在しないことが、$N_t=8$ における2つの異なる体積で得られた結果が完全に一致したことから裏付けられた。
• 部分的くわえ結果では、低温域で完全に動的な場合と顕著なずれが見られ、主に物理的線（LCP）のシフトに起因していた。
• charm クォークを海クォークとして動的に入れることで、$ sim300$ MeV まで物理的単位でほとんど効果が見られず、顕著な離散化アーティファクトも観測されなかった。
• $N_f=2+1+1$ EOS は、$ sim300$ MeV まで $N_f=2+1$ の連続的推定値とよく一致しており、この温度を超えるとわずかなずれが現れるようになった。
• 本稿では、最初に完全に動的な $N_f=2+1+1$ 状態方程式が計算され、charm 効果が約 $300$ MeV で大きくなることが示された。これは摂動的推定と整合的である。