[논문 리뷰] Dual Higgs Theory for Color Confinement in Quantum Chromodynamics

H. Ichie, Hideo Suganuma|ArXiv.org|1999. 06. 08.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 12인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 양성강역학(quantum chromodynamics, QCD)에서 색 격리 현상을 설명하기 위해 이중 초전도체 메커니즘을 기반으로 한 이중 힉스 이론을 제안한다. 라티스 QCD, 단극자 전류 역학, 이중 기니츠부르크-랜다우(DGL) 이론을 사용하여, 비대칭 글루온의 무작위 위상 근사에 의해 스트링 장력에서 아벨 군 지배를 입증하고, 작용 상쇄에 의해 단극자 형성을 규명하며, 단극자 밀도-격리력 관계를 유도하여 유한온도 QCD 상전이 및 초기우주의 하드론기포 역학에 대한 프레임워크를 구축한다.

ABSTRACT

Based on the dual superconductor picture, we study the confinement phenomena systematically, using the lattice QCD, the monopole-current dynamics and the dual Ginzburg-Landau (DGL) theory. (1) We study the origin of abelian dominance for the confinement force in the maximally abelian (MA) gauge in terms of the gluon-field properties using the lattice QCD. In the MA gauge, the off-diagonal gluon amplitude is strongly suppressed, and the off-diagonal gluon phase tends to be random, according to the weakness of the constraint from the QCD action. Within the random-variable approximation for the off-diagonal gluon phase, we show the perimeter law of the off-diagonal gluon contribution to the Wilson loop, i.e. abelian dominance for the string tension, in the semi-analytical manner. (2) We study the QCD-monopole structure in terms of the gluon field, using the lattice QCD in the MA gauge. Around the monopole, both abelian and off-diagonal parts of the QCD action become large, however, due to the cancellation between them, monopoles can appear in QCD without large cost of the QCD action. (3) We derive a simple relation between the confinement force and the monopole density by idealizing the monopole contribution to the Wilson loop. (4) We study the monopole current dynamics. (5) We consider the derivation of the DGL theory from the monopole ensemble. (6) We study the QCD phase transition at finite temperatures in the DGL theory. (7) We apply the DGL theory for the hadron-bubble formation in early Universe and quark-gluon-plasma formation process in the ultra-relativistic heavy-ion collision.

연구 동기 및 목표

• 이중 초전도체 그림을 사용하여 QCD에서 색 격리의 이론적 프레임워크를 수립하기 위해.
• 비대칭 글루온 위상 통계를 통한 최대 아벨 게이지에서 아벨 군 지배의 기원을 조사하기 위해.
• 아벨 및 비대칭 글루온 기여 간의 상쇄에 의해 큰 작용 비용 없이 QCD 단극자가 어떻게 나타나는지 명확히 하기 위해.
• 단극자 밀도와 격리력 사이의 정량적 관계를 유도하기 위해.
• 이중 기니츠부르크-랜다우 이론을 단극자 집합으로부터 확장하고, 이를 유한온도 QCD 및 초기우주 하드론기포 형성에 적용하기 위해.

제안 방법

• 비대칭 글루온 성분을 억제하기 위해 최대 아벨 게이지에서 라티스 QCD 시뮬레이션을 수행하여 글루온 장 구성을 분석하기 위해.
• 비대칭 글루온 위상의 무작위 위상 근사를 통해 윌슨 루프의 둘레 법칙을 도출하고, 아벨 군 지배를 지지하기 위해.
• 국소 QCD 작용 분해를 통한 단극자 구조 식별을 통해 아벨 및 비대칭 기여 간의 상쇄를 드러내기 위해.
• 윌슨 루프에 대한 단극자 기여를 단순화하여 단극자 밀도와 격리력 사이의 직접적 관계를 유도하기 위해.
• 단극자 전류 역학을 수립하여 이중 힉스 메커니즘을 통한 격리의 역학적 기술을 제공하기 위해.
• 단극자 집합에서 이중 기니츠부르크-랜다우 이론을 유도하여 격리의 체계적 효과 이론적 기술을 가능하게 하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최대 아벨 게이지에서 윌슨 루프의 스트링 장력에서 아벨 군 지배의 기원은 무엇인가?
• RQ2 QCD 단극자가 QCD 작용 비용을 크게 들이지 않고 어떻게 형성될 수 있는가?
• RQ3 QCD에서 단극자 밀도와 격리력 사이의 정량적 관계는 무엇인가?
• RQ4 단극자 통계 집합에서 어떻게 이중 기니츠부르크-랜다우 이론을 유도할 수 있는가?
• RQ5 이중 힉스 메커니즘이 유한온도 QCD 상전이 및 초기우주 하드론기포 형성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 비대칭 글루온 기여가 비대칭 글루온 위상의 무작위 위상 근사 하에서 윌슨 루프의 둘레 법칙을 따르며, 스트링 장력에서 아벨 군 지배를 확인한다.
• QCD 단극자는 아벨 및 비대칭 부분의 QCD 작용 간 상쇄로 인해 작용 비용이 최소화된 채로 형성된다.
• 단극자 밀도와 격리력 사이에 단순한 관계를 도출하여 미시적 단극자 구조와 매크로스코픽 격리 현상을 연결한다.
• 단극자 전류 역학이 수립되어 이중 힉스 메커니즘을 통한 격리의 역학적 기술을 제공한다.
• 단극자 집합에서 이중 기니츠부르크-랜다우 이론이 유도되어 격리에 대한 체계적 효과 이론적 기술을 제공한다.
• DGL 이론이 유한온도 QCD 상전이 및 초기우주에서의 하드론기포 형성, 그리고 고에너지 충돌에서의 쿼크-글루온 플라즈마 모델링에 적용되었다.