[論文レビュー] Thermodynamics of two-flavor lattice QCD with an improved Wilson quark action at non-zero temperature and density

Y. Maezawa, Sinya Aoki+5 more|University of North Texas Digital Library (University of North Texas)|Feb 2, 2007

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、非零の温度および化学ポテンシャルにおける2フラバーQCDの初期の格子QCDシミュレーションを、改良されたウィルソンクォーク作用を使って行っている。$T_c$ のクリティカル温度は、$N_t=4$ 時に170–186 MeV、$N_t=6$ 時に164–179 MeV と推定され、$T_{pc}$ の近くでクォーク数フラクチュエーションが増幅していることが判明し、$(T,\mu_q)$ 平面上の臨界点の期待に合致している。

ABSTRACT

We report the current status of our systematic studies of the QCD thermodynamics by lattice QCD simulations with two flavors of improved Wilson quarks. We evaluate the critical temperature of two flavor QCD in the chiral limit at zero chemical potential and show the preliminary result. Also we discuss fluctuations at none-zero temperature and density by calculating the quark number and isospin susceptibilities and their derivatives with respect to chemical potential.

研究の動機と目的

• 2フラバーQCDのクリティカル限界における臨界温度 $T_c$ を、改良ウィルソンクォークを用いて特定すること。
• スタガーデッドフェルミオンではなくウィルソン型作用を用いることで、格子離散化に起因する系統誤差を低減すること。
• クォーク数およびアイソスピン感受率を通じて、有限密度におけるハドロン的フラクチュエーションを調査すること。
• クォーク化学ポテンシャル $\mu_q$ 依存の感受率を用いて、QCD相図における臨界点の存在を探ること。
• スタガーデッドフェルミオンシミュレーションの結果と比較し、異なるフェルミオン作用の間での一貫性を評価すること。

提案手法

• $N_t = 4$ および $6$ の $16^3 \times N_t$ 格子上で、改良ウィルソンクォークおよびイワサキゲージ作用を用いてシミュレーションを実施した。
• 擬似臨界温度 $T_{pc}$ は、ポリコフ・ループ感受率のピークから抽出された。
• クリティカル温度 $T_c$ は、クォーク質量の関数としての $\beta_{pc}$ のO(4)スケーリングフィットを用いて、クリティカル限界で推定された。
• クォーク数感受率 $\chi_q$ およびアイソスピン感受率 $\chi_I$ は、それぞれ圧力の $\mu_q$ および $\mu_I$ に関する2階微分として計算された。
• 感受率の2階微分 $\partial^2 \chi_q / \partial \mu_q^2$ および $\partial^2 \chi_I / \partial \mu_I^2$ が臨界行動の兆候を検出するために分析された。
• 格子スケールは、$T=0$ 時の $\rho$ メソン質量を用いて決定され、温度スケールは $T = 1/(N_t a)$ を用いて設定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 改良ウィルソンクォークを用いた2フラバーQCDのクリティカル限界における臨界温度 $T_c$ は何か？
• RQ2 有限の $\mu_q$ 時に、擬似臨界温度 $T_{pc}$ の近くでクォーク数感受率およびアイソスピン感受率はどのように振る舞うか？
• RQ3 感受率の2階微分は、$(T,\mu_q)$ 平面上の臨界点の兆候を示しているか？
• RQ4 改良ウィルソンクォーク作用の結果は、スタガーデッドフェルミオンの結果とどのように比較できるか？
• RQ5 格子スケールおよびクォーク質量の外挿しが、$T_c$ の決定に与える影響は何か？

主な発見

• ポリコフ・ループ感受率とO(4)スケーリングを用いて、$N_t=4$ 時に $T_c = 183(3)$ MeV、$N_t=6$ 時に $174(5)$ MeV と、クリティカル限界における臨界温度が推定された。
• 代替のクォーク質量定義を用いると、$T_c$ の値は $N_t=4$ 時に173(3) MeV から $N_t=6$ 時に167(3) MeV の範囲となり、$m_{q}^{\rm AWI}$ では $T_c = 176(3)$ MeV となった。
• O(4)スケーリングフィットは、線形フィットよりも $\beta_{pc}$ データを著しくよく再現しており、スケーリング仮説の妥当性を支持している。
• クォーク数感受率 $\chi_q/T^2$ は、$T_{pc}$ で急激に増加し、QGP相におけるフラクチュエーションの増幅を示している。
• 2階微分 $\partial^2(\chi_q/T^2)/\partial(\mu_q/T)^2$ は、$T_{pc}$ の近くで強く増幅しており、臨界点行動と整合的である。
• アイソスピン感受率 $\chi_I/T^2$ 及びその2階微分は、$T_{pc}$ の近くで小さく保たれ、特異性がないことが示され、モデルの期待と一致している。