[论文解读] The strong coupling regime of twelve flavors QCD

Tiago Nunes da Silva, Elisabetta Pallante|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2012

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

一句话总结

本文研究了在十二个基础味的 SU(3) 格点 QCD 中强耦合相变，比较了非改进和改进的威尔逊作用量。两种作用量均确认了在强耦合下存在一阶体相变，同时显示改进导致出现第二个快速交叉转变以及由于非近邻相互作用引起的非厄米性而产生的奇异手征对称相，对接近共形窗口的强耦合系统具有启示意义。

ABSTRACT

da Silva and E. Pallante,“The bulk transition of QCD with twelve flavors and the role of im-provement”] for the SU(3) gauge theory with N f = 12 fundamental flavors, and we add some numerical evidence and theoretical discussion. In particular, we study the nature of the bulk tran-sition that separates a chirally broken phase at strong coupling from a chirally restored phase at weak coupling. When a non-improved action is used, a rapid crossover is observed at small bare quark masses. Our results confirm a first order nature for this transition, in agreement with pre-vious results we obtained using an improved action. As shown in Ref. [1], when improvement of the action is used, the transition is preceded by a second rapid crossover at weaker coupling and an exotic phase emerges, where chiral symmetry is not yet broken. This can be explained [1] by the non hermiticity of the improved lattice Transfer matrix, arising from the competition of nearest-neighbor and non-nearest neighbor interactions, the latter introduced by improvement and becoming increasingly relevant at strong coupling and coarse lattices. We further comment on how improvement may generally affect any lattice system at strong coupling, be it graphene or non abelian gauge theories inside or slightly below the conformal window.

研究动机与目标

• 研究在强耦合下，具有十二个基础味的 SU(3) QCD 中体相变的本质。
• 检验格点作用量的改进如何影响相结构和手征对称性实现。
• 理解在改进作用量下观察到的奇异手征对称相的起源。
• 分析改进作用量中引入的非近邻相互作用导致格点转移矩阵出现非厄米性的作用。
• 将对改进效应的见解推广至强耦合系统，包括非阿贝尔规范理论和石墨烯等材料。

提出的方法

• 在格点上对具有 Nf = 12 个基础费米子的 SU(3) 规范理论进行数值模拟。
• 使用非改进和改进的威尔逊费米子作用量以比较相结构。
• 通过手征凝聚和 Polyakov 环随裸夸克质量与规范耦合常数的变化行为，分析体相变。
• 研究改进格点转移矩阵的非厄米性，该非厄米性源于改进中引入的额外非近邻相互作用。
• 研究在改进作用量情况下，较弱耦合处出现第二个快速交叉转变的现象。
• 理论讨论强耦合和粗格点间距如何放大改进作用量中非近邻项的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在使用非改进作用量时，12 色 QCD 在强耦合下的体相变本质是什么？
• RQ2 使用改进格点作用量如何改变相图和手征对称性实现？
• RQ3 在改进作用量情形下，奇异手征对称相的出现原因是什么？
• RQ4 为何改进作用量会导致格点转移矩阵出现非厄米性，以及这如何影响相结构？
• RQ5 这些效应在多大程度上可推广至其他强耦合系统，如接近共形窗口的系统或石墨烯等凝聚态系统？

主要发现

• 使用非改进作用量时，12 色 QCD 的体相变被确认为一阶相变，与先前结果一致。
• 在改进作用量下，较弱耦合处出现第二个快速交叉转变，先于主要相变发生。
• 由于非近邻相互作用的影响，一种奇异相出现，其中手征对称性在强耦合下仍未被自发破缺。
• 改进格点转移矩阵的非厄米性源于改进中引入的近邻与长程相互作用之间的竞争。
• 在强耦合和粗格点间距下，改进效应的影响变得愈发显著，显著改变了相结构。
• 这些发现表明，改进可在强耦合格点系统中诱导出定性上全新的相和非平凡动力学，包括接近共形窗口的系统或石墨烯等系统。