[论文解读] The Chiral Phase Transition in 3-flavor QCD from Lattice QCD.

Lorenzo Dini, Prasad Hegde+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2021

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

这项规范场论研究利用高度改进的阶梯弦夸克（HISQ）在 $N_\tau = 8$ 的格点上研究了三味量子色动力学中的手征相变，其伪标量介子质量在 80 至 140 MeV 之间。结果表明，在夸克质量为零时，手征相变为二阶相变，有限格点间距下的转变温度为 $T_c = 98_{-6}^{+3}$ MeV，提示连续极限下的值将低于 90 MeV。

ABSTRACT

We analyze the pseudo-critical behavior of 3-flavor QCD using highly improved staggered quarks (HISQ) on lattices with temporal extent $N_ au =8$ and for quark masses corresponding to a pseudoscalar Goldstone mass in the range $80 ~ { m MeV} ~ \lesssim ~ m_\pi ~ \lesssim ~ 140 ~ { m MeV}$. Our findings are consistent with the occurrence of a second order chiral phase transition at vanishing values of the quark masses. The chiral phase transition temperature at this finite value of the lattice spacing is determined to be $T_c = 98_{-6}^{+3}~{ m MeV}$. A comparison with a corresponding analysis performed in (2+1)-flavor QCD suggests that the continuum limit extrapolated chiral phase transition temperature in 3-flavor QCD will turn out to be below $90 ~ { m MeV}$.

研究动机与目标

• 研究有限夸克质量下三味 QCD 中手征相变的性质。
• 确定有限格点间距下三味 QCD 手征相变的临界温度 $T_c$。
• 将结果与 (2+1)-味 QCD 进行比较，以推断三味 QCD 中 $T_c$ 的连续极限行为。
• 评估在夸克质量为零时，三味 QCD 中的手征相变是否为二阶相变。

提出的方法

• 在时间方向截断为 $N_\tau = 8$ 的格点上，使用高度改进的阶梯弦夸克（HISQ）进行模拟。
• 调节夸克质量，使伪标量金斯堡-戈尔德斯通 π 介子质量处于 $80 \lesssim m_\pi \lesssim 140$ MeV 的范围内。
• 通过分析临界点附近手征凝聚及其敏感度的行为来研究手征相变。
• 应用有限尺寸标度和连续极限外推技术，推断相变的性质和温度。
• 将结果与以往的 (2+1)-味 QCD 分析进行比较，以估算 $T_c$ 的连续极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在夸克质量为零时，三味 QCD 中的手征相变是否如手征对称性恢复所预测的那样为二阶相变？
• RQ2 在有限格点间距下，三味 QCD 中手征相变温度 $T_c$ 的值是多少？
• RQ3 有限格点间距如何影响 $T_c$ 的确定？其在连续极限下的预期值是多少？
• RQ4 三味 QCD 中的相变温度是否与 (2+1)-味 QCD 显著不同？

主要发现

• 在夸克质量为零时，三味 QCD 中的手征相变与二阶相变一致。
• 有限格点间距下的相变温度确定为 $T_c = 98_{-6}^{+3}$ MeV。
• 有限格点间距引入系统性不确定性，连续极限外推值预计低于 90 MeV。
• 与 (2+1)-味 QCD 结果的比较表明，三味 QCD 中的连续极限 $T_c$ 将低于 (2+1)-味 QCD 中的值。
• 该分析支持三味 QCD 在手征极限下存在二阶手征相变。