[論文レビュー] Which chiral symmetry is restored in hot QCD?

Edward Shuryak|ArXiv.org|Oct 8, 1993

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 24

ひとこと要約

本稿は、高温QCDにおけるU(1)Aチャiral対称性が、SU(Nf)A 対称性と同一温度で復元されるかどうかを調査し、2つのシナリオを提案する：シナリオ1（Tc ≪ T_U(1)）ではU(1)Aははるかに高い温度まで破れている、シナリオ2（Tc ≈ T_U(1)）ではチャiral相転移と同時にU(1)Aが復元される。格子シミュレーションとインスタントンに基づくモデルは、シナリオ2がより可能性が高いと示唆しており、これはη中間子チャネルにおけるフラクチュエーションの増幅と、重イオン衝突における低pt ηピークという観測可能なシグネチャーを意味する。

ABSTRACT

We review the current status of the problem of chiral symmetry restoration, discussing an open question of whether at the $SU(N_f)_A$ restoration point $T=T_c$ the $U(1)_A$ chiral symmetry is or is not (approximately) restored. New lattice and instanton-based studies are considered, and some new calculations are suggested to clarify the issue. We also speculate on possible experimental manifestations of two possible scenarios.

研究の動機と目的

• 高温QCDにおけるU(1)Aチャiral対称性が、SU(Nf)A 対称性と同一臨界温度Tcで復元されるかどうかという未解決の問いを解消すること。
• Tc ≪ T_U(1)（シナリオ1）とTc ≈ T_U(1)（シナリオ2）という2つの競合するシナリオがチャiral相転移の性質に与える影響を評価すること。
• 格子QCDデータとインスタントンモデルを評価し、片方のシナリオが他より優位である証拠を特定すること。
• シナリオ2における重イオン衝突での観測可能な実験的シグネチャー、特にη中間子スペクトルにおける特徴を予測すること。
• Tc付近の臨界的ダイナミクスにおいて、σおよびη中間子を含むソフトモードの役割を検討すること。

提案手法

• 動的フェルミオンを含む格子QCDシミュレーションを分析し、Nf=2 QCDの臨界指数がO(4)スピン系と一致するかを比較する。
• Tc付近での比熱の振る舞いを評価し、O(4)普遍性クラスに一致するべきべき乗特異性があるかをテストする。
• インスタントンに起因する振幅と、高温におけるデバイー遮蔽によるその抑制を検討し、T_U(1)でU(1)Aが復元されることを示唆する。
• 有限温度における軸性ベクトルおよびベクトルカレント相関関数を記述するため、3次元スカラーモデルとワインバーグの和則を含む有効場理論を提案する。
• チャiral対称性の破れと復元に敏感な4フェルミオンオーダーパラメータ（O1–O4）を導入する。
• 炎球内でのη中間子の強い集団的ポテンシャル（約400 MeV）による捕獲をモデル化し、低ptスペクトルピークを予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高温QCDにおけるU(1)Aチャiral対称性は、SU(Nf)A 対称性と同一の臨界温度Tcで復元されるか？
• RQ2 有効場理論の予測によると、Nf=2 QCDの相転移はO(4)スピン系と同じ普遍性クラスに属するのだろうか？
• RQ3 比熱とチャiral凝集体の格子データは、シナリオ1（Tc ≪ T_U(1)）とシナリオ2（Tc ≈ T_U(1)）を区別できるか？
• RQ4 重イオン衝突における観測可能なシグネチャー、特にη中間子スペクトルにおいて、2つのシナリオを区別できるものは何か？
• RQ5 高温におけるインスタントン効果とその遮蔽は、チャiral対称性の復元ダイナミクスにどのように影響するか？

主な発見

• Nf=2 QCDの格子データは、Tc付近に大きな比熱ピークを示しており、これはO(4)モデルが予測する弱い特異性とは一致せず、πおよびシグマに加えて追加のソフトモードが存在することを示唆する。
• Nf=2 QCDにおけるチャiral凝集体は、O(4)普遍性クラスに一致する臨界指数を示すが、O(2)も除外できない。
• 比熱特異性は弱い（べき乗指数~0.19）、したがって特異的寄与はTcで消えることになり、自由エネルギーの3階微分を用いて分離する必要がある。
• 理論的議論により、シナリオ2（Tc ≈ T_U(1)）が支持される：もしインスタントンがU(1)Aの破れの主因であるならば、Tcでその抑制が起こることで、U(1)Aの復元が予想される。
• シナリオ2では、η中間子が軽くなり、強い集団的ポテンシャル（約400 MeV）の影響を受けるため、顕著な捕獲が生じ、その低横動量スペクトルにピークが現れる。
• 集団的ポテンシャル効果（運動エネルギーと同等の約400 MeV）に起因する予測された低pt ηピークは、U(1)Aの復元を示す実験的シグネチャーとしての可能性を有する。