[논문 리뷰] Shear Viscosity of hadronic matter at finite temperature and magnetic field

Ritesh Ghosh, Najmul Haque|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 04.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 59인용 수 21

한 줄 요약

이 논문은 이완 시간 근사법 내에서 선형 시그마 모형을 사용하여 강입자 물질에서 온도 및 자기장에 의존하는 점성도/엔트로피 밀도 비율(η/s)을 계산한다. S-행렬 접근법을 통해 자기장에 의해 수정된 산란 진폭을 포함하고 최저 랑랑 수준(Landau level)에 집중함으로써, 연구는 순수한 열 매질에 비해 자기장이 존재할 경우 η/s 가 감소함을 밝혀내며, 자기장의 방향성 영향으로 인해 점성도 계수에 상당한 이방성이 발생함을 보여준다.

ABSTRACT

We calculate the transport coefficient of hadronic matter in the presence of temperature and magnetic field using the linear sigma model. In the relaxation time approximation, we estimate the shear viscosity over entropy density $\eta/s$. The point-like interaction rates of hadrons are evaluated through the $S$-matrix approach in the presence of a magnetic field to obtain the temperature and magnetic field-dependent relaxation time. We observe that the transport coefficients are anisotropic in the presence of the magnetic field. We calculate the temperature and magnetic field-dependent anisotropic shear viscosity coefficients by incorporating the estimated relaxation time. The value of viscosity over entropy density is lower in the presence of a magnetic field than the value of it in a thermal medium. The behavior of the perpendicular components of the shear-viscous coefficient is also discussed. We consider the temperature-dependent hadron masses from mean-field effects in this work.

연구 동기 및 목표

• 유한 온도에서 강력한 자기장이 강입자 물질의 점성도에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 자기장에 의해 유도되는 이방성을 고려하여 등방성 열 매질을 초월한 운반 계수 계산을 확장하기 위해.
• 자기장 존재 시 다섯 개의 전체 이방성 점성도 계수를 계산하기 위해.
• 평균장 효과를 통한 온도에 의존하는 하드론 질량의 영향을 운반 성질에 평가하기 위해.
• 자기장이 순수한 열 매질의 경우와 비교하여 η/s 비율에 어떻게 영향을 미치는지 결정하기 위해.

제안 방법

• 평균장 효과에 의한 온도에 의존하는 질량을 갖는 강입자 물질을 기술하기 위해 선형 시그마 모형(LSM)을 사용한다.
• 산란 진폭에서 유도된 이완 시간과 운반 계수를 연결하기 위해 이완 시간 근사법(RTA)을 사용한다.
• 최저 랑랑 수준(Lowest Landau Level, LLL) 기여에 집중하여 자기장 존재 하에서 S-행렬 접근법을 통해 산란 진폭과 상호작용률을 계산한다.
• 자기장 방향의 비어 있는 표현에 대한 비평형 상태에서의 편차를 투영하여 이방성 점성도 계수를 유도한다.
• 각 모드에 대한 실수 및 허수 부분을 갖는 복소 계수(cm)와 투영 텐서를 사용하여 점성도 텐서를 표현한다.
• 정적 자기장에서 디랙 방정식을 풀어 전하를 띤 하드론의 랑랑 수준 양자화 상태와 파동함수를 구한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유한 온도에서 강력한 자기장이 강입자 물질의 점성도/엔트로피 밀도 비율(η/s)에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 자기장에 의해 유도된 점성도 계수의 이방성 정도는 어떠한가? 그리고 자기장 방향에 대해 평행 및 수직 방향에서 어떻게 다를까?
• RQ3 S-행렬 산란 진폭에서 유도된 자기장에 의존하는 이완 시간은 운반 계수에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 평균장 효과를 통한 온도에 의존하는 하드론 질량의 포함이 η/s 에 대한 자기장의 영향을 어떻게 변화시키는가?
• RQ5 자기장은 순수한 열 매질의 경우와 비교하여 η/s 를 어떻게 감소시키는가?

주요 결과

• 점성도/엔트로피 밀도 비율(η/s)은 순수한 열 매질의 경우에 비해 자기장 존재 시 감소함을 보여, 유동성이 향상됨을 시사한다.
• 자기장으로 인해 점성도 계수는 이방성이 발생하며, 자기장 방향에 대해 평행 및 수직 성분에서 각각 다른 값을 갖는다.
• 점성도 계수의 수직 성분은 온도 및 자기장 강도에 대해 비단조적(비단조화) 의존성을 보인다.
• 전하를 띤 하드론의 이완 시간은 자기장에 의해 수정되어 산란률 감소와 더 긴 평형 회복 시간을 초래한다.
• 최저 랑랑 수준(Lowest Landau Level, LLL) 기여가 운반 계수를 지배하므로, 계산에서 LLL 근사가 타당함을 입증한다.
• 전체 다섯 개의 이방성 점성도 계수(복소 모드 포함)가 투영 텐서와 모드에 따라 달라지는 계수를 사용하여 계산되고 표현되었다.