[논문 리뷰] SU(3) Polyakov linear-sigma model: bulk and shear viscosity of QCD matter in finite magnetic field

Abdel Nasser Tawfik, Abdel Magied Diab외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 02.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 평균장 근사에서 SU(3) 폴리아코프 선형-시그마 모형을 사용하여 유한한 자기장에서의 QCD 물질의 체적 점성도와 비틀림 점성도를 조사한다. Green-Kubo 및 Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck (BUU) 접근법의 결과를 비교한 결과 뛰어난 일치를 보이며, 자기장이 증가할수록 임계 온도가 감소하고, 역 촉매 작용을 통해 양자색역학의 대칭 회복 전이가 가속화됨을 보여준다.

ABSTRACT

Due to off-center relativistic motion of the charged spectators and the local momentum-imbalance of the participants, a short-lived huge magnetic field is likely generated, especially in relativistic heavy-ion collisions. In determining the temperature dependence of bulk and shear viscosities of the QCD matter in vanishing and finite magnetic field, we utilize mean field approximation to the SU($3$) Polyakov linear-sigma model (PLSM). We compare between the results from two different approaches; Green-Kubo correlation and Boltzmann master equation with Chapman-Enskog expansion. We find that both approaches have almost identical results, especially in the hadron phase. In the temperature dependence of bulk and shear viscosities relative to thermal entropy at the critical temperature, there is a rapid decrease in the chiral phase-transition and in the critical temperature with increasing magnetic field. As the magnetic field strength increases, a peak appears at the critical temperature ($T_c$). This can be understood from the small drop on the thermal entropy at $T_c$, which can be interpreted due to instability in the hydrodynamic flow of the quark-gluon plasma and soft statistical hadronization. It is obvious that, increasing magnetic field accelerates the transition from hadron to QGP phases (inverse catalysis), i.e., taking place at lower temperatures.

연구 동기 및 목표

• QCD 물질의 체적 점성도와 비틀림 점성도가 온도와 자기장에 어떻게 의존하는지 규명하기 위해.
• Green-Kubo 및 Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck (BUU) 형식을 사용한 점성도 계산의 일관성 비교하기 위해.
• 유한한 자기장이 SU(3) 폴리아코프 선형-시그마 모형에서의 케일러 및 분리 전이에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 자기장이 쿼크-글루온 플라즈마 유체역학의 임계 온도와 성질에 어떻게 영향을 주는지 탐구하기 위해.

제안 방법

• 유한한 자기장 하에서 QCD 물질을 기술하기 위해 평균장 근사에서의 SU(3) 폴리아코프 선형-시그마 모형(PLSM)을 사용하기 위해.
• 에너지-운동량 텐서의 두 점 상관 함수로부터 점성도 계수를 계산하기 위해 Green-Kubo 형식을 적용하기 위해.
• Chapman-Enskog 전개를 사용하여 이완 시간과 충돌률로부터 점성도를 유도하기 위해 Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck (BUU) 방정식을 사용하기 위해.
• 자기장 내에서 수정된 쿼크 분산 관계와 Landau 준위 양자화를 통해 자기장 촉매 작용 효과를 포함하기 위해.
• Green-Kubo 관계를 통해 이완 시간과 점성도를 연결하기 위해 쿼크의 열적 너비(Γ)를 계산하기 위해.
• 점성 응력 텐서의 반사된 두 점 함수의 허수 부분을 평가하여 영주기 및 영모멘텀 극한에서 비틀림 점성도를 추출하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SU(3) PLSM 프레임워크에서 QCD 물질의 체적 점성도와 비틀림 점성도는 온도와 유한한 자기장 강도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 하드론 상과 쿼크-글루온 플라즈마 상에서 Green-Kubo 및 BUU 접근법이 점성도 계수에 대해 일관된 결과를 도출하는가?
• RQ3 증가하는 자기장에 따라 케일러 및 분리 전이의 임계 온도는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 자기장 촉매 작용은 QCD 물질의 상 구조와 운동학적 성질을 어떻게 수정하는가?
• RQ5 자기장은 점성도 대 엔트로피 비율을 통해 나타나는 쿼크-글루온 플라즈마의 유체역학적 안정성에 어떻게 영향을 주는가?

주요 결과

• Green-Kubo 및 BUU 접근법은 특히 하드론 상에서 체적 점성도와 비틀림 점성도에 대해 거의 동일한 결과를 도출하여 운동론적 계산의 일관성을 검증한다.
• 자기장 강도가 증가할수록 케일러 및 분리 전이의 임계 온도가 급격히 감소하며, 이는 역 촉매 작용을 나타낸다.
• 유한한 자기장 하에서 임계 온도 근처에 체적 점성도와 비틀림 점성도의 뚜렷한 피크가 나타나며, 이는 유동 안정성 저하로 인한 열적 엔트로피의 약간의 감소와 관련이 있다.
• 자기장은 하드론 상에서 쿼크-글루온 플라즈마 상으로의 전이를 가속화하며, 자기장이 없는 경우에 비해 임계 온도가 낮아지는 방향으로 이동한다.
• 점성도 대 엔트로피 비율은 유한한 B에서 Tc 근처에 뚜렷한 피크를 보이며, 전이 기간 동안의 증가한 에너지 손실과 유동 안정성 감소를 반영한다.
• PLSM 프레임워크에 자기장 촉매 작용을 포함함으로써 쿼크 분산 관계가 수정되고, B가 증가할수록 임계 온도가 상당히 감소한다.