[논문 리뷰] The anomalous transport of axial charge: topological vs non-topological fluctuations

Ioannis Iatrakis, Shu Lin외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 03.

Geophysical and Geoelectrical Methods참고 문헌 65인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 비아벨 플라즈마가 축 방향 전하 불균형에 반응할 때, 이 불균형이 위상적 글루온 진동으로 인한 것인지 아니면 비위상적 열진동으로 인한 것인지에 따라 반응이 달라지는지 조사한다. 히알로그래픽 모델(Sakai-Sugimoto)을 사용하여, 축 전하 밀도 대비 케일리 자기 효과 전류 비율이 보편적임을 보이며, 이는 축 전하의 미세 구조적 기원과 무관하다. 축 전하의 감쇠는 체르누소프-디퓨전 상수에 의해 결정된다.

ABSTRACT

Axial charge imbalance is an essential ingredient in novel effects associated with chiral anomaly such as chiral magnetic effects (CME). In a non-Abelian plasma with chiral fermions, local axial charge can be generated a) by topological fluctuations which would create domains with non-zero winding number b) by conventional non-topological thermal fluctuations. We provide a holographic evaluations of medium's response to dynamically generated axial charge density in hydrodynamic limit and examine if medium's response depends on the microscopic origins of axial charge imbalance. We show a local domain with non-zero winding number would induce a non-dissipative axial current due to chiral anomaly. We illustrate holographically that a local axial charge imbalance would be damped out with the damping rate related to Chern-Simon diffusive constant. By computing chiral magnetic current in the presence of dynamically generated axial charge density, we found that the ratio of CME current over the axial charge density is independent of the origin of axial charge imbalance in low frequency and momentum limit. Finally, a stochastic hydrodynamic equation of the axial charge is formulated by including both types of fluctuations.

연구 동기 및 목표

• 중간체의 축 전하 불균형에 대한 반응이 그 미세 구조적 기원—위상적 대비 비위상적 진동—에 따라 달라지는지 여부를 결정하기 위해.
• 동적으로 생성된 축 전하 밀도에 대한 케일리 페르미온을 가진 탈구조화된 플라즈마의 유체역학적 반응을 검토하기 위해.
• 케일리 자기 효과(CME) 전류가 축 전하가 위상적 도메인 형성으로 인한 것인지 열진동으로 인한 것인지에 따라 달라지는지 평가하기 위해.
• 두 유형의 진동을 포함하는 확률적 유체역학 방정식을 수립하고 축 전하 상관관계 역학을 분석하기 위해.
• 유체역학 근사에서의 동적 축 자화율의 보편성을 확립하기 위해.

제안 방법

• 큰 Nc, 억제된 QCD 유사 플라즈마와 케일리 페르미온을 가진 상향식 히알로그래픽 모델인 Sakai-Sugimoto 모델을 사용하여 기술하기 위해.
• C7 라몬-라몬 필드의 역학과 그 플라바어 부문에 대한 웨스-츠ومино 상호작용을 통해 위상적 글루온 진동을 모델링하기 위해.
• 유체역학 근사(작은 ω, k)에서 축 전류 반응을 계산하여 케일리 자기 효과 전류와 축 전하 밀도의 비율을 결정하기 위해.
• 플라바어 부문과 글루온 부문 간의 상호작용을 통해 축 전하 불균형의 감쇠율을 유도하며, 이는 체르누소프-디퓨전 상수와 연결된다.
• 위상적 및 열진동에서 기인한 노이즈를 포함하는 축 전하에 대한 확률적 유체역학 방정식을 수립하기 위해.
• 체르누소프-디퓨전 상수와 스팔레론 감쇠율 사이의 아인슈타인 유사 관계를 사용하여 열역학적 일관성을 확보하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 케일리 자기 효과 전류는 축 전하 불균형이 위상적 진동에서 기인하는지 아니면 열진동에서 기인하는지에 따라 달라지는가?
• RQ2 유체역학 근사에서 동적 축 자화율—즉, CME 전류와 축 전하 밀도의 비율로 정의됨—은 축 전하의 미세 구조적 기원에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 체르누소프-디퓨전 상수가 국소적으로 생성된 축 전하 밀도 감쇠에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 시공간적 상관관계는 확산 및 위상적 기여에 의해 축 전하 밀도의 시간에 따른 진화가 어떻게 이루어지는가?
• RQ5 통합된 확률적 유체역학 프레임워크는 위상적 및 비위상적 기원에서 기인한 축 전하 변동을 기술할 수 있는가?

주요 결과

• 저주파수, 장파장 유체역학 근사에서 케일리 자기 효과 전류와 축 전하 밀도의 비율은 축 전하 불균형의 미세 구조적 기원과 무관하게 일정하다.
• 비영일 확률적 도메인은 케일리 이상에 의해 비소산적 축 전류를 유도하며, 이는 히알로그래픽적으로 확인되었다.
• 축 전하 밀도는 체르누소프-디퓨전 상수와 관련된 감쇠율로 감쇠되며, 이는 열역학적 일관성에 의해 스팔레론 감쇠율과 연결된다.
• 동적 축 자화율은 CME 전류 대비 축 전하 밀도 비율의 역수로 정의되며, 정적 자화율과 일치하며, 모든 기원에 대해 보편적이다.
• 장시간 근사에서 축 전하 변동은 열역학적 평형에 도달하며, 분산은 χTV에 수렴하여 열역학적 기대와 일치한다.
• 확률적 유체역학 방정식은 확산 모드가 시간이 지남에 따라 축 전하 밀도 간의 공간적 상관관계를 생성하며, 상관함수는 비국소 형태에서 평형 상태에서 델타 함수 형태로 진화함을 보여준다.