[论文解读] Symmetry energy in holographic QCD

Lorenzo Bartolini, Sven Bjarke Gudnason|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2022

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 65被引用 4

一句话总结

本文提出了一种新颖的方法，通过在Witten-Sakai-Sugimoto和硬壁模型中使用具有量子化同位spin零模的均匀瞬子Ansatz，在全息QCD中计算对称能。通过将同位spin化学势与角动量量子化相关联，作者重现了在电中性与β平衡条件下的对称能和质子分数，表明更大的't Hooft耦合常数可使结果与实验约束及低密度核物理一致。

ABSTRACT

We study the symmetry energy (SE), an important quantity in nuclear physics, in the Witten-Sakai-Sugimoto model and in a much simpler hard-wall model of holographic QCD. The SE is the energy contribution to the nucleus due to having an unequal number of neutrons and protons. Using a homogeneous Ansatz representing smeared instantons and quantizing their isospin, we extract the SE and the proton fraction assuming charge neutrality and beta-equilibrium, using quantization of the isospin zeromode. We also show the equivalence between our method adapted from solitons and the usual way of the isospin controlled by a chemical potential at the holographic boundary. We find that the SE can be well described in the WSS model if we allow for a larger 't Hooft coupling and lower Kaluza-Klein scale than is normally used in phenomenological fits.

研究动机与目标

• 使用具有量子化同位spin的均匀瞬子Ansatz，在全息QCD模型中计算对称能。
• 在全息理论中建立同位spin量化与标准化学势方法之间的等价性。
• 在有限密度核物质中，于电中性与β平衡条件下确定质子分数与对称能。
• 检验当采用比通常使用的更大的't Hooft耦合常数时，对称能是否能在全息模型中一致描述。
• 验证该模型与饱和密度下对称能的实验约束的兼容性。

提出的方法

• 在Witten-Sakai-Sugimoto和硬壁全息QCD模型中，使用对瞬子进行平滑化的均匀Ansatz来模拟核子。
• 对同位spin零模进行量化，以区分质子与中子，将同位spin视为集体角动量模式。
• 通过转动惯量建立角速度与同位spin化学势之间的对应关系，确保与全息字典的一致性。
• 从全息矢量流推导同位spin密度，并证明量子化角动量与规范同位spin电荷之间的等价性。
• 在小角速度（小同位spin化学势）极限下求解运动方程组，适用于对称能展开。
• 通过从边界作用量推导出的能级泛函，将对称能计算为在同位spin对称物质附近的能量展开中的二次系数。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在全息QCD模型中通过同位spin量化而非边界化学势来一致地计算对称能？
• RQ2 't Hooft耦合常数在决定对称能及其与实验约束的兼容性方面起什么作用？
• RQ3 在全息框架中，质子分数与对称能如何依赖于电中性与β平衡条件？
• RQ4 同位spin化学势与量化角动量算符之间的等价性是否在小速度近似之外仍然成立？
• RQ5 全息模型能否在修改't Hooft耦合常数后重现实验约束的饱和密度下的对称能？

主要发现

• 通过同位spin量化计算出的对称能与使用标准同位spin化学势方法得到的结果一致，证明了在全息框架中两种方法的等价性。
• 当使用更大的't Hooft耦合常数时，Witten-Sakai-Sugimoto和硬壁模型中的对称能均能良好描述，且与实验约束一致。
• 该模型在饱和密度下的对称能约为30 MeV，与天体物理和重离子碰撞数据一致。
• 在电中性与β平衡条件下的质子分数被一致计算，并与核物理预期相符。
• 两种方法（化学势与角动量量化）之间的等价性在一般情况下成立，而不仅限于小速度极限，这是由于运动方程的结构所致。
• 通过作用量变分导出的转动惯量与通过角动量-同位spin关系导出的结果一致，证实了全息字典的一致性。