[論文レビュー] The strong CP problem solved by itself due to long-distance vacuum effects

Y. Nakamura, G. Schierholz|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2021

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 20被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、勾配フローを用いて赤外物理を分離することで、長距離における真空効果によってQCD内に自然に強いCP問題が解決されることを提案する。非ゼロの真空角θは色荷のスクリーニングとコンfinementの喪失を引き起こし、結果として再生化されたθが赤外領域でゼロに流れることを示した。これにより、QCDを超える新しい物理を必要とせずCP保存が実現される。

ABSTRACT

The vacuum of quantum chromodynamics has an incredibly rich structure at the nonperturbative level, which is intimately connected with the topology of gauge fields, and put to a test by the strong CP problem. We investigate the long-distance properties of the theory in the presence of the topological θ term. This is done on the lattice, using the gradient flow to isolate the long-distance modes in the functional integral measure and tracing it over successive length scales. The key point is that the vacuum splits into disconnected topological sectors with markedly different physical characteristics, which gives rise to a nontrivial behavior depending on θ. We find that the color fields produced by quarks and gluons are screened, and confinement is lost, for bare vacuum angles |θ|>0, thus providing a natural solution of the strong CP problem. The renormalized vacuum angle θ is found to flow to zero in the infrared limit, leading to a self-consistent solution within QCD.

研究の動機と目的

• 純粋なヤン・ミルズ理論およびQCD内において、新しい物理を必要とせず強いCP問題を解決すること。
• 非摂動的手法を用いてトポロジカルなθ項がQCDの長距離物理に与える影響を調査すること。
• 特に赤外領域において、コンfinementとCP不変性が共存するかを特定すること。
• 再生化された真空角θが、走査群の下で赤外領域にゼロに流れることをテストし、自然なCP保存を示すこと。
• 中性子の電気双極子モーメントおよびθ真空における手対称性に与える影響を評価すること。

提案手法

• 16⁴、24⁴、32⁴の格子上でβ = 6.0のプラケット作用を用いた格子規範理論。
• 勾配フローを用いてゲージ場をフロー時間tに沿って発展させ、長距離モードを分離し、スケール依存解析を可能にする。
• フローされたエネルギー密度E(t,x)と走査カップリングαGF(μ)を計算し、再生化群の発展を追跡する。
• フロー時間に沿ったトポロジカル荷Qの追跡により、非連結なトポロジカルセクターを特定する。
• スケールμにおけるαVおよびθの依存性を分析し、摂動的および赤外領域を接続するRGフローを用いる。
• mπ ≈ mK ≈ 410 MeVの3フレーバーQCDに結果を拡張し、連続極限および手対称性の外挿と整合的であることを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCDにおけるθ項の存在が、長距離において色荷をスクリーニングするか？
• RQ2 再生化された真空角θが赤外極限でゼロに流れることにより、強いCP問題が自己的である形で解決されるか？
• RQ3 異なるQ値を持つトポロジカルセクターが、θ ≠ 0のQCDの長距離挙動にどのように影響を与えるか？
• RQ4 双対ヒッグス模型の予測通り、|θ| > 0のときモノポールスクリーニングによってコンfinementが失われるか？
• RQ5 θ真空における手対称性凝集体および中性子の電気双極子モーメントの運命は何か？また、θのRGフローとどのように関係するか？

主な発見

• θの絶対値が正の場合、色荷はスクリーニングされ、スクリーニング長λS ≈ 1/|θ|で表され、コンfinementの喪失が示唆される。
• θ = 0のとき、走査カップリングαVは距離に比例して2次的に増加し、赤外のスレイブスリー（赤外スレーブネス）を確認する。
• 再生化された真空角θは赤外極限でゼロに流れることから、強いCP問題に対する自己的解決が示唆される。
• 勾配フローは長距離物理を保存し、アンサンブルマッチングを必要とせず、RG発展の直接的解析を可能にする。
• mπ ≈ 410 MeVの3フレーバーQCDにおいて、走査カップリングαGF(μ)は連続極限に一貫して外挿可能である。
• 大きな体積において、|θ| > 0のときの真空期待値⟨Gaμν G̃aμν⟩θはゼロに近づき、赤外領域におけるCP保存を支持する。