[论文解读] The Charmonium Potential at Non-Zero Temperature

Chris Allton, Wynne Evans+2 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 59被引用 11

一句话总结

本研究首次采用非微扰格点QCD方法，在非零温度下对有限底夸克质量的粲流子势能进行了计算，使用2+1味各向异性格点上的HAL QCD时间依赖方法。结果发现，在脱禁闭相变温度 $T_{\rm C}$ 以上，势能显著平坦化，且德鲁德屏蔽势形式比康诺耳形式拟合得更好；同时揭示了在 $T_{\rm C}$ 以上，德鲁德质量迅速增加，并在自旋依赖势中出现排斥核心。

ABSTRACT

The potential between charm and anti-charm quarks is calculated non-perturbatively using physical, rather than static quarks at temperatures on both sides of the deconfinement transition $T_{ m C}$, using a lattice simulation with 2+1 dynamical quark flavours. We used the HAL QCD time-dependent method, originally developed for inter-nucleon potentials. Our lattices are anisotropic, with temporal lattice spacing less than the spatial one which enhances the information content of our correlators at each temperature. Local-extended charmonium correlators were calculated efficiently by contracting propagators in momentum rather than coordinate space. We find no significant variation in the central potential for temperatures in the confined phase. As the temperature increases into the deconfinement phase, the potential flattens, consistent with the expected weakening interaction. We fit the potential to both the (a) Cornell and (b) Debye-screened potential forms, with the latter better reproducing the data. The zero temperature string tension obtained from (a) agrees with results obtained elsewhere, and it decreases with temperature, but at a slower rate than from the static quark approximation. The Debye mass from (b) is close to zero for small temperatures, but starts to increase rapidly around $T_{ m C}$. The spin-dependent potential is found to have a repulsive core and a distinct temperature dependence above $T_{ m C}$ at distances $\sim 1$ fm.

研究动机与目标

• 使用有限质量底夸克而非静态夸克近似，计算非零温度下的粲流子势能。
• 评估势能模型在QCD禁闭相中的有效性及其温度依赖性。
• 确定夸克间势能在 $T_{\rm C}$ 附近及以上是否表现出屏蔽效应和热修正。
• 比较康诺耳形式与德鲁德屏蔽势形式对格点数据的拟合优度。
• 从非微扰格点关联函数中提取德鲁德质量与自旋依赖势。

提出的方法

• 采用HAL QCD时间依赖方法，直接从局部-延伸粲流子关联函数中提取势能。
• 使用时间方向更细的各向异性格点以提高时间分辨率并增强关联函数的信息含量。
• 通过夸克传播幅的傅里叶变换，在动量空间高效计算局部-延伸关联函数，避免了坐标空间收缩。
• 在第二代组态上进行非微扰格点模拟，包含2+1种动力学夸克味，奇异夸克质量为物理值，u/d夸克更轻。
• 将提取的势能分别拟合康诺耳形式与德鲁德屏蔽形式，以确定温度依赖的参数。
• 采用时间依赖的HAL QCD方法，避免了传统拟合方法的局限性，尤其在高温区域，此时激发态会污染大τ关联函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 有限质量底夸克之间的中心粲流子势能在穿越脱禁闭相变温度时如何随温度演化？
• RQ2 在非零温度下，德鲁德屏蔽势形式是否比康诺耳势形式对格点数据的拟合效果更好？
• RQ3 从势能中提取的弦张力与德鲁德质量的温度依赖关系如何？
• RQ4 自旋依赖势如何随温度变化，特别是在禁闭相中？
• RQ5 在 $T_{\rm C}$ 以上约1 fm的距离处，自旋依赖势中是否存在排斥核心的证据？

主要发现

• 在 $T_{\rm C}$ 以下，中心势能无显著变化，表明强子相中束缚相互作用的稳定性。
• 在 $T_{\rm C}$ 以上，势能明显平坦化，表明德鲁德屏蔽开始起效，且夸克间作用力减弱。
• 从康诺耳拟合中提取的弦张力随温度升高而减小，但减小速率慢于静态夸克近似所预测的值。
• 德鲁德质量在低温下接近零，但在 $T_{\rm C}$ 附近迅速增加，标志着屏蔽效应的开始。
• 德鲁德屏蔽势形式对格点数据的拟合效果优于康诺耳形式，表明屏蔽效应的重要性。
• 自旋依赖势表现出排斥核心，并在禁闭相中约1 fm的距离处显示出明显的温度依赖性。