[논문 리뷰] SU(2N_F) symmetry of QCD at high temperature and its implications

L. Ya. Glozman|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 02.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 고온에서 QCD가 표준 초대칭 및 U(1)_A 대칭을 초월하여 양자수축성 대칭과 축대칭 U(1) 대칭이 복원됨에 따라, 비틀림이 없는 SU(2N_F) 대칭을 나타낸다고 제안한다. 이 대칭은 분리된 쿼크와 글루온을 금지하며, 이는 T_c 이상에서도 QCD가 봉쇄된 상태를 유지하고, 유일한 물리적 자유도는 SU(2N_F)-대칭을 갖는 복합 ''하드론''임을 시사한다.

ABSTRACT

If above a critical temperature not only the SU(N_F)_L imes SU(N_F)_R chiral symmetry of QCD but also the U(1)_A symmetry is restored, then the actual symmetry of the QCD correlation functions and observables is SU(2N_F). Such a symmetry prohibits existence of deconfined quarks and gluons. Hence QCD at high temperature is also in the confining regime and elementary objects are SU(2N_F) symmetric "hadrons" with not yet known properties.

연구 동기 및 목표

• 고온에서 초대칭과 U(1)_A 대칭이 동시에 복원될 경우 QCD에 더 큰 전역 대칭이 나타나는지 조사하는 것.
• QCD가 T_c 이상에서 분리된 상태로 전이된다는 전통적 견해를 도전하며, SU(2N_F) 대칭이 자유 쿼크와 글루온의 존재를 금지함을 보여주는 것.
• 근처 영점 디랙 고유모드가 SU(2N_F) 대칭을 생성하고, 이상성에 의해 붕괴되는 역할을 규명하는 것.
• T_c 이상에서 물리적 자유도가 자유 쿼크가 아니라 알려지지 않은 성질을 갖는 SU(2N_F)-대칭 ''하드론''임을 제안하는 것.
• SU(2N_F) 및 SU(2)_CS 대칭 복원을 위한 라티스-QCD 예측을 제공하는 것 — 메존 및 바리온 상관 함수에서의 검증 가능성을 포함.

제안 방법

• 유럽 공간에서의 QCD 분할 함수를 분석하며, 디랙 연산자의 고유모드와 그들이 SU(2)_CS 및 SU(2N_F) 군에 대해 어떻게 변환되는지에 중점을 둔다.
• 뱅크스-캐셔 관계를 사용하여 쿼크 응집도를 근처 영점 디랙 고유모드의 밀도와 연결한다.
• 열역학적 극한에서 정확한 영점 모드(대칭을 깨는 요소)를 배제할 경우, 분할 함수가 국소적 SU(2)_CS 및 SU(2N_F) 변환에 대해 불변임을 보여준다.
• 축대칭 U(1)_A 이상성은 SU(2)_CS 및 SU(2N_F)를 붕괴시키는 메커니즘으로서 기능하며, m→0에서 낮은 에너지의 디랙 모드의 응집은 대칭의 자발적 붕괴를 초래한다.
• SU(2)_CS 및 SU(2N_F)에 대해 변환되는 하드론 연산자들을 구성하고, 대칭 복원 조건 하에서의 상관 함수 행동을 유도한다.
• 라티스 테스트를 제안하며, T_c 이상에서 메존 및 바리온 상관 함수의 대칭성에 기반한, SU(2)_CS 다중체의 수직 성분이 0이 되는 현상에 기반한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고온에서 초대칭 SU(N_F)_L × SU(N_F)_R 및 U(1)_A 대칭이 동시에 복원될 경우 QCD에 더 강력한 SU(2N_F) 전역 대칭이 나타나는가?
• RQ2 비초기적 유클리드 양식에서 QCD에 있어 SU(2N_F) 대칭이 숨겨진 고전적 대칭으로 실현될 수 있는가?
• RQ3 오버랩 페르미온을 사용한 라티스 시뮬레이션에서, 초대칭 다중체의 구조를 초월해 초대칭 및 U(1)_A 관련 상태들이 일치하는 이유는 무엇인가?
• RQ4 SU(2N_F) 대칭은 고온 상태에서 분리된 쿼크와 글루온의 존재를 금지하는가?
• RQ5 메존 및 바리온 상관 함수에서의 라티스 상에서의 SU(2N_F) 대칭 복원의 관측 가능한 서명은 무엇인가?

주요 결과

• 정확한 영점 모드를 열역학적 극한에서 배제할 경우, 비초기적 유클리드 양식에서 QCD에 대해 SU(2N_F) 대칭이 숨겨진 고전적 대칭으로 나타난다.
• SU(2N_F) 대칭은 축 이상성과 쿼크 응집도에 의해 모두 붕괴되지만, 고온에서 초대칭과 U(1)_A 대칭이 복원될 경우 복원된다.
• 색장 상호작용으로 인해 녹색 함수가 SU(2N_F)-대칭이 아니므로, 고온 상태에서 분리된 쿼크와 글루온은 존재할 수 없다.
• T_c 이상에서 물리적 자유도는 자유 쿼크가 아니라 색 싱귤레이션, SU(2N_F)-대칭을 갖는 ''하드론''이며, 그 성질은 아직 알려져 있지 않다.
• 라티스 테스트는 T_c 이상에서 SU(2)_CS 다중체의 대각선 상관 함수가 일치하고, 비대각선 상관 함수는 0이 된다고 예측한다.
• N_F=2 QCD의 라티스 시뮬레이션에서 초대칭 다중체를 초월해 관측된 일치 현상은 표준 초대칭 라그랑지안이 아닌, SU(2N_F) 대칭에 의해 설명된다.