[論文レビュー] SU(3) Polyakov linear-sigma model: bulk and shear viscosity of QCD matter in finite magnetic field

Abdel Nasser Tawfik, Abdel Magied Diab+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2016

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、平均場近似におけるSU(3)ポリakov線形シグマ模型を用いて、有限の磁場下におけるQCD物質の体積粘性係数とせん断粘性係数を調査した。Green-Kubo法とBoltzmann-Uehling-Uhlenbeck (BUU) 法の結果を比較したところ、良好な一致が得られ、磁場の増大が臨界温度を低下させ、逆カタリシスを介して転移を加速させることを示した。

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.

研究の動機と目的

• QCD物質の体積粘性係数とせん断粘性係数が温度および磁場にどのように依存するかを特定すること。
• Green-Kubo法とBoltzmann-Uehling-Uhlenbeck (BUU) 形式による粘性係数計算の整合性を比較すること。
• 有限磁場がSU(3)ポリakov線形シグマ模型におけるカラーチャージおよび脱コンfinement転移に与える影響を調査すること。
• 磁場がクォーク-グルーオンプラズマの臨界温度および流体力学的性質にどのように影響するかを検討すること。

提案手法

• 有限磁場下のQCD物質を記述するために、平均場近似におけるSU(3)ポリakov線形シグマ模型 (PLSM) を用いる。
• エネルギー運動量テンソルの2点相関関数から粘性係数を計算するために、Green-Kubo形式を適用する。
• チャップマン-エンスコーグ展開を用いたBoltzmann-Uehling-Uhlenbeck (BUU) 方程式を用いて、緩和時間と衝突率から粘性係数を導出する。
• 磁場下におけるクォーク分散関係の修正とランダウ準位の量子化を通じて、磁場カタリシス効果を組み込む。
• Green-Kubo関係を通じて緩和時間と粘性係数を結びつけるために、クォークの熱幅 (Γ) を計算する。
• ゼロ周波数および運動量零限界における粘性応力テンソルのレディックティブ2点関数の虚部を評価し、せん断粘性係数を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SU(3) PLSMフレームワーク下で、QCD物質の体積粘性係数とせん断粘性係数は、温度および有限磁場強度にどのように依存するか？
• RQ2 ハドロン相およびクォーク-グルーオンプラズマ相において、Green-Kubo法とBUU法が粘性係数に関して一貫した結果をもたらすか？
• RQ3 磁場の増大に伴い、カラーチャージおよび脱コンフィネーション転移の臨界温度はどのように変化するか？
• RQ4 磁場カタリシスは、QCD物質の相構造および輸送特性をどのように変更するか？
• RQ5 磁場は、粘性係数対エントロピー比が示すように、クォーク-グルーオンプラズマの流体力学的安定性にどのように影響するか？

主な発見

• Green-Kubo法とBUU法は、特にハドロン相において、体積粘性係数およびせん断粘性係数に関してほぼ同一の結果をもたらし、輸送計算の整合性が裏付けられた。
• 磁場強度の増大に伴い、カラーチャージおよび脱コンフィネーション転移の臨界温度が急速に低下し、逆カタリシスが顕著に現れた。
• 有限磁場下では、臨界温度付近に体積粘性係数およびせん断粘性係数の明確なピークが出現し、流体力学的流れの不安定性に起因する熱エントロピーの小さな低下と関連していた。
• 磁場はハドロン相からクォーク-グルーオンプラズマ相への転移を加速させ、磁場がゼロの状況と比較して臨界温度を低くシフトさせた。
• 粘性係数対エントロピー比は、有限B下でTc近傍に顕著なピークを示し、相転移期における散乱の増大と流体力学的流れの安定性の低下を反映していた。
• PLSMフレームワークに磁場カタリシスを組み込むことで、クォーク分散関係が変更され、Bの増大に伴い臨界温度が顕著に低下した。