[论文解读] Shear Viscosity of hadronic matter at finite temperature and magnetic field

Ritesh Ghosh, Najmul Haque|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 59被引用 21

一句话总结

该论文利用弛豫时间近似下的线性σ模型，计算了强子物质中温度与磁场依赖的剪切黏滞系数除以熵密度（η/s）。通过S矩阵方法引入磁场修正的散射振幅，并聚焦于最低 Landau 能级，研究发现：与仅存在热介质的情况相比，磁场会降低η/s，且由于磁场的方向性影响，剪切黏滞系数表现出显著的各向异性。

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.

研究动机与目标

• 研究强磁场对有限温度下强子物质剪切黏滞系数的影响。
• 通过引入磁场引起的各向异性，将输运系数计算从各向同性热介质情形扩展至更一般情形。
• 在磁场存在下计算全部五种各向异性剪切黏滞系数。
• 评估通过平均场效应获得的温度依赖强子质量在输运性质中的作用。
• 确定磁场如何改变η/s比值，相较于纯热介质情形。

提出的方法

• 采用线性σ模型（LSM）描述具有温度依赖质量的强子物质，质量来自平均场效应。
• 使用弛豫时间近似（RTA）将输运系数与由散射振幅导出的弛豫时间关联起来。
• 在磁场存在下，通过S矩阵方法计算散射振幅与相互作用率，聚焦于最低 Landau 能级（LLL）贡献。
• 通过将偏离平衡的偏差投影到磁场方向的不可约表示，推导出各向异性剪切黏滞系数。
• 将剪切黏滞系数张量表示为投影张量与复系数（cm）的组合，每种模态包含实部与虚部。
• 求解在恒定磁场中带电强子的狄拉克方程，以获得 Landau 能级量化态与波函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 强磁场如何改变有限温度下强子物质中剪切黏滞系数与熵密度之比（η/s）？
• RQ2 磁场诱导的剪切黏滞系数各向异性程度如何？其平行与垂直于磁场方向的分量有何差异？
• RQ3 由S矩阵散射振幅导出的磁场依赖弛豫时间如何影响输运系数？
• RQ4 通过平均场效应引入的温度依赖强子质量是否会改变磁场对η/s的影响？
• RQ5 与纯热介质情形相比，磁场如何降低η/s？

主要发现

• 与热介质情形相比，磁场存在时剪切黏滞系数与熵密度之比（η/s）降低，表明流体性增强。
• 由于磁场影响，剪切黏滞系数呈现各向异性，其平行与垂直于磁场方向的分量具有不同取值。
• 剪切黏滞系数的垂直分量表现出非单调的温度与磁场强度依赖关系。
• 磁场改变了带电强子的弛豫时间，导致散射率降低与弛豫时间延长。
• 最低 Landau 能级（LLL）贡献主导了输运系数，支持了计算中采用LLL近似的合理性。
• 完整计算了全部五种各向异性剪切黏滞系数（包括复模态），并以投影张量与模态依赖系数表示。