[논문 리뷰] Parity odd bubbles in hot QCD

Dmitri E. Kharzeev, Pisarski, R. D.외 1명|ArXiv.org|1998. 08. 19.

Black Holes and Theoretical Physics인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 고온 QCD에서의 페어리티가 역인 버블을 조사하며, 만약 탈결속 전이가 온도 $T_d$에서 제2종이면 위튼의 관계에 의해 위상수반성질이 0이 된다고 보여준다. 이는 비정상적인 영역에서 비영인 $\theta$-각을 가진 상태로 이어지며, 이는 메손 성질을 극적으로 변화시키는 페어리티가 역인 버블로 나타나며, 이로 인해 $\theta$-메손($\eta$, $\eta'$)이 가벼워지고, $\eta \to \pi^0\pi^0$와 같은 금지된 붕괴가 가능해지며, 양성자에서의 페어리티가 역인 비대칭성이 감지 가능해진다.

ABSTRACT

We consider the topological susceptibility for an SU(N) gauge theory in the limit of a large number of colors, $N o \infty$. At nonzero temperature, the behavior of the topological susceptibility depends upon the order of the deconfining phase transition. The most interesting possibility is if the deconfining transition, at $T=T_d$, is of second order. Then we argue that Witten's relation implies that the topological susceptibility vanishes in a calculable fashion at $T_d$. As noted by Witten, this implies that for sufficiently light quark masses, metastable states which act like regions of nonzero $θ$ --- parity odd bubbles --- can arise at temperatures just below $T_d$. Experimentally, parity odd bubbles have dramatic signatures: the $η'$ meson, and especially the $η$ meson, become light, and are copiously produced. Further, in parity odd bubbles, processes which are normally forbidden, such as $η o π^0 π^0$, are allowed. The most direct way to detect parity violation is by measuring a parity odd global asymmetry for charged pions, which we define.

연구 동기 및 목표

• 대량-$N$ SU(N) 게이지 이론에서 비제로 온도에서 위상수반성질의 거동를 이해하는 것.
• 탈결속 전이가 제2종일 경우 비정상적인 위상 영역 존재에 대한 영향을 조사하는 것.
• 특히 메손 생성 및 붕괴에서의 현상학적 서명을 탐색하는 것.
• 비대칭성의 직접적인 신호로서의 양성자 생성에서의 측정 가능한 전역 비대칭성을 제안하는 것.

제안 방법

• 대량-$N$ 근사에서 위상수반성질과 진공 에너지의 $\theta$-의존성 간 위튼의 관계를 사용하는 것.
• 제2종 전이를 가정할 때 탈결속 전이 온도 $T_d$에서 위상수반성질의 거동을 분석하는 것.
• 비영인 $\theta$-각이 존재할 경우 편향 메손의 저에너지 동역학을 기술하기 위해 효과적 장 이론 기법을 적용하는 것.
• 비정상적인 $\theta$-진공 영역(페어리티가 역인 버블)이 $T_d$ 이하에서 형성될 수 있는 조건을 유도하는 것.
• 이러한 버블 존재 조건에서 일반적으로 금지된 과정인 $\eta \to \pi^0\pi^0$의 붕괴율을 계산하는 것.
• 비대칭성의 직접적인 실험적 서명으로서의 양성자 생성에서의 페어리티가 역인 전역 비대칭성을 정의하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대량-$N$ QCD에서 탈결속 전이에서 위상수반성질이 언제 0이 되는가?
• RQ2 만약 전이가 제2종이라면 $T_d$ 이하에서 비영인 $\theta$-각을 가진 비정상적인 영역—페어리티가 역인 버블—이 형성될 수 있는가?
• RQ3 이러한 페어리티가 역인 버블이 메손 질량과 붕괴율에 미치는 관측 가능한 영향은 무엇인가?
• RQ4 특히 양성자 생성 비대칭성을 통해 이러한 영역을 어떻게 실험적으로 감지할 수 있는가?
• RQ5 $\eta$와 $\eta'$ 메손은 페어리티가 역인 버블 존재를 어떻게 신호로 나타내는가?

주요 결과

• 제2종 전이일 경우 위튼의 관계에 의해 탈결속 전이 온도 $T_d$에서 위상수반성질이 0이 된다.
• 충분히 가벼운 쿼크 질량을 가진 경우, 비정상적인 영역에서 비영인 $\theta$-각—페어리티가 역인 버블—이 $T_d$ 이하에서 형성될 수 있다.
• $\eta$와 $\eta'$ 메손은 이러한 영역에서 가벼워지며, 이로 인해 생성 확률이 증가한다.
• 일반적으로 금지된 붕괴인 $\eta \to \pi^0\pi^0$는 페어리티가 역인 버블 내에서 허용되고 관측 가능해진다.
• 양성자 생성에서의 페어리티가 역인 전역 비대칭성이 이러한 영역의 직접적인 실험적 서명으로 제안된다.
• 이러한 버블의 존재는 하드론 영역에서 극적으로 파괴된 페어리티를 암시하며, 특정 붕괴 및 생성 패tern을 통해 감지 가능하다.