[論文レビュー] Heavy quark free energies and screening at finite temperature and density

Matthias Döring, Shinji Ejiri+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2005

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、p4改良ステガードフェルミオン作用法を用いたTaylor展開法により、有限温度およびバリオン化学ポテンシャル下での重いクォークの自由エネルギーとデイビー遮蔽質量を計算した。遮蔽質量はµに伴い増加し、バリオン密度の高いクォーク-グルーオンプラズマにおける遮蔽長が短くなる傾向にあることが示された。また、色平均化遮蔽質量の2次µ補正項は、スレート状態の2倍であり、2グルーオン交換の寄与と高温度領域における摂動論的予測と整合的である。

ABSTRACT

We study the free energies of heavy quarks calculated from Polyakov loop correlation functions in full 2-flavour QCD using the p4-improved staggered fermion action. A small but finite Baryon number density is included via Taylor expansion of the fermion determinant in the Baryo-chemical potential mu. For temperatures above Tc we extract Debye screening masses from the large distance behaviour of the free energies and compare their mu-dependence to perturbative results.

研究の動機と目的

• 重いクォークの自由エネルギーに関するラティスQCD計算を、非ゼロのバリオン化学ポテンシャルへと拡張すること。
• バリオン密度がクォーク-グルーオンプラズマ相におけるデイビー遮蔽質量に与える影響を調査すること。
• 有限µにおける遮蔽質量の摂動論的予測の妥当性を、非摂動的ラティスシミュレーションを用いて検証すること。
• フェルミオン行列式のTaylor展開を用いて遮蔽のµ依存性を特定すること。
• 有限密度効果下におけるスレート状態および色平均化自由エネルギーとその遮蔽質量の挙動を比較すること。

提案手法

• フェルミオン行列式をµのべき級数に展開することで、有限のバリオン化学ポテンシャルµを導入するTaylor展開法を採用した。
• µ = 0におけるフル2フレーバーQCDシミュレーションにp4改良ステガードフェルミオン作用法を用い、µ依存の物理量は期待値の比を用いて再構成した。
• ポリakovループ相関関数を計算し、スレート状態および色平均化自由エネルギーF1およびFavを抽出した。
• 自由エネルギーのプロファイルから、µ/Tの0次および2次展開係数f1,0、f1,2、fav,0、fav,2を抽出した。
• 自由エネルギー差∆Fの長距離指数的減衰を用いて遮蔽質量を決定し、r→∞の極限における−(1/r)ln(∆F)を用いた。
• プラトー領域における∆f2/∆f0の比をフィッティングし、2次係数m1,av2(T)を抽出。これにより、一次摂動論的予測と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限温度におけるQCDにおける静的クォーク-反クォーク対の自由エネルギーは、バリオン化学ポテンシャルにどのように依存するか？
• RQ2 クォーク-グルーオンプラズマにおけるデイビー遮蔽質量は、バリオン化学ポテンシャルにどのように依存するか？
• RQ3 高温度領域における非摂動的ラティス結果が、一次摂動論的予測とどの程度一致するか？
• RQ4 色平均化遮蔽質量に対するµ依存補正がスレート状態の2倍である理由は何か？
• RQ5 2グルーオン交換は、色平均化チャネルにおけるµ依存遮蔽効果を媒介する役割を果たすのか？

主な発見

• 自由エネルギー展開における2次係数f1,2およびfav,2が負であるため、小µ領域では静的クォーク-反クォーク対の自由エネルギーが低下する。
• 遮蔽質量はバリオン化学ポテンシャルの増加に伴い増加し、正の2次係数m1,av2(T) > 0により示された。
• 色平均化遮蔽質量の2次補正は、スレート状態の遮蔽質量の2倍であり、2グルーオン交換メカニズムを示唆している。
• 係数m1,av2(T)は、一次摂動論的予測mD(T,µ) ∝ T√(Nc/3 + Nf/6 + Nf/(2π²)(µ/T)²)と良好に一致しており、m1,0(T)のフィッティングによりスケール係数A = 1.397(18)が得られた。
• 2次係数における遮蔽質量係数はTc近傍で顕著なピークを示し、脱コンfinement転移付近での強い温度依存性を示している。
• 長距離極限における∆f2/∆f0の比は広いプラトー領域を示し、遮蔽質量係数の抽出に定数フィッティングを用いる正当性が裏付けられた。