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格子 QCD シミュレーションによる 有限温度下における 閉じ込め・カイラル相転移の研究

格子 QCD シミュレーションによる 有限温度下における 閉じ込め・カイラル相転移の研究. 前沢 祐 （理化学研究所） for WHOT-QCD Collaboration. クォーク間ポテンシャルから見た非閉じ込め相転移と クォーク・グルーオン・プラズマの内部性質. WHOT-QCD Coll. Phys. Rev. D82 (2010) 014508 WHOT-QCD Coll. PoS LAT2007 (2007) 207 WHOT-QCD Coll. Phys. Rev. D75 (2007) 074501. 日本物理学会 2010 年秋季大会

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格子 QCD シミュレーションによる 有限温度下における 閉じ込め・カイラル相転移の研究

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Presentation Transcript

  1. 格子QCDシミュレーションによる 有限温度下における 閉じ込め・カイラル相転移の研究 前沢 祐 （理化学研究所） for WHOT-QCD Collaboration クォーク間ポテンシャルから見た非閉じ込め相転移と クォーク・グルーオン・プラズマの内部性質 WHOT-QCD Coll. Phys. Rev. D82 (2010) 014508 WHOT-QCD Coll. PoS LAT2007 (2007) 207 WHOT-QCD Coll. Phys. Rev. D75 (2007) 074501 日本物理学会 2010年秋季大会 「クォーク閉じ込めとカイラル対称性: ＱＣＤの難問と多彩なアプローチの検討」

  2. 格子ＱＣＤシミュレーションによる第一原理計算からの検証格子ＱＣＤシミュレーションによる第一原理計算からの検証 　　　　　　　様々な技術革新により有限温度・低密度領域の詳細な計算の進展 有限温度・密度下におけるＱＣＤの特性 熱媒質中のクォークやグルーオンによる多彩な物理現象の予言 格子ＱＣＤによる計算可能領域

  3. 研究題目 • 有限温度下の状態方程式 • メソンスペクトル • ＱＣＤ相図とカイラル相転移のスケーリング則 • ＱＧＰ中のクォーク間ポテンシャル V (r,T ) • ＱＧＰ中のクォーク力学を反映（閉じ込め項の消失、遮蔽効果） WHOT-QCD Collaboration (2005～) 青木, 金谷, 大野, 斎藤(筑波大), 江尻 (新潟大), 初田 (東大), 前沢 (理研), 梅田 (広島大) ウィルソン型作用の格子シミュレーションにより、ＱＣＤ熱力学の解明を目指す c.f.) 13日　SC会場　13aSC9:00～12:45 梅田氏、大野氏、斎藤氏、江尻氏による講演 １．T =0と T > 0のクォーク間ポテンシャルの関係 ２．様々なカラーチャンネルの温度依存性 ３．テーラー展開法による有限密度下(mq)におけるクォーク間ポテンシャル • によりシミュレーション結果を再現 ： クォーク間自由エネルギー 近距離: 媒質の影響をうけない 中距離: 遮蔽効果をうける（温度に依存したデバイ長） 遠距離: 閉じ込め項の消失、相互作用のないクォーク2体系に • １つのグルーオン交換描像に基づいたカシミアスケーリングによる再現 • mD(T ) は非摂動的な寄与が支配的 • クォーク・反クォーク間相互作用 弱まる • クォーク・クォーク間相互作用 強まる クォーク間ポテンシャル 　　　における非自明な密度効果

  4. クォーク間ポテンシャル ＱＣＤ媒質中の静的なクォーク (Q)・反クォーク(Q) 間相互作用 有限温度下におけるクォーク間ポテンシャル 予想されるポテンシャルの振舞い • T = 0, • T > 0, 温度揺らぎにより弱くなる, • クォーク対生成による弦消失 • T > TC , QGP中で遮蔽効果が現れる 格子ＱＣＤシミュレーションによる研究アプローチ • T= 0におけるクーロン + 線形の検証 • V(r,T = 0)V(r,T )の関係 • 遮蔽効果の解析 • さまざまなカラーチャンネル（ＱＱ間やＱＱ間） • 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　の相互作用 • テーラー展開法による有限密度への発展

  5. ポリヤコフ線 : 位置x にある静的なクォーク 有限温度下でウィルソン・ループと類似の演算子 クォーク間自由エネルギー 静的なクォーク間相互作用を特徴付けるためには・・・ T = 0 静的なクォーク間ポテンシャルBrown and Weisberger (1979) ウィルソン・ループ演算子 T > 0 静的なクォーク間自由エネルギーNadkarni (1986) 有限温度下でのクォーク間ポテンシャルの候補 クーロンゲージにおけるカラー1重項に射影されたポリヤコフ線間の相関関数 期待されるクォーク間自由エネルギーの振舞い: • 短距離r : F1(r,T)~V(r)(媒質の影響をうけないため)　　　　　ウィルソンループとの整合性 • 中距離r : プラズマによる遮蔽効果 • 遠距離r : 相互作用のないクォーク単一の自由エネルギー

  6. 数値シミュレーションの結果 １．T = 0とT > 0のクォーク間ポテンシャルの関係 ２．様々なカラーチャンネルにおけるクォーク間ポテンシャル ３．テーラー展開法による有限密度下(mq)におけるクォーク間ポテンシャル Nf = 2+1 full-QCD シミュレーション 動的なクォークの寄与を取り入れた計算 • 格子サイズ: Ns3 x Nt = 323 x 12, 10, 8, 6, 4 • 温度:T ~ 200-700 MeV（非閉じ込め相） • 格子間隔:a = 0.07 fm • 動的クォーク質量*: mp/mr = 0.6337(38), • mK/mK* = 0.7377(28) *CP-PACS & JLQCD Coll., PRD78 (2008) 011502. 6

  7. T = 0でのクォーク間ポテンシャル 格子サイズ283 x 58上の CP-PACS & JLQCD Coll. による計算 現象論的ポテンシャルによる再現 フィットの結果 =近距離でのクーロン項 +遠距離での線形項 +定数項 7

  8. 近距離領域 F1(r,T) は温度によらず V(r) = F1(r,T = 0) に収束する 近距離の物理は温度に依らない 自由エネルギーのT = 0との整合性 T > 0でのクォーク間ポテンシャル（自由エネルギー） T ~ 200 MeV: 0.3 fm でF1がVから離れる T ~ 700 MeV: 0.1 fm で F1が V から離れる WHOT-QCD Coll. Nucl. Phys. A830 (2009) 247C WHOT-QCD Coll. Phys. Rev. D75 (2007) 074501 F1(r,T ) が V(r,T = 0)から離れる距離 デバイ遮蔽質量（長） （熱媒質の寄与を受ける距離）　　　　　　　　　　　 により特徴づけられる によりフィットした結果 矢印

  9. T > 0でのクォーク間ポテンシャル（自由エネルギー） 2FQ(T ) = 2 x （クォーク単一の自由エネルギー） 遠距離領域 F1(r,T)は平らになり、線形項は現れない熱媒質の効果により閉じ込めが消失 遠距離でポリヤコフ線間の相関が消失する場合 遠距離でF1は 2 x（クォーク単一の自由エネルギー）に収束する

  10. 数値シミュレーションの結果 １．T = 0とT > 0のクォーク間ポテンシャルの関係 ２．様々なカラーチャンネルにおけるクォーク間ポテンシャル ３．テーラー展開法による有限密度下(mq)におけるクォーク間ポテンシャル 10

  11. QQ相関: • QQ 相関: 様々なカラーチャンネルにおけるクォーク間ポテンシャル ＱＧＰ中では様々なカラーチャンネル間の相互作用が誘起される カラーチャンネルの分割 ポリヤコフ線相関の射影Nadkarni (1986) 　　　　　　それぞれのカラーチャンネル相関の定義が可能 クォーク間ポテンシャルの規格化 カラーチャンネル間の相互作用の大きさを比較

  12. QQポテンシャル QQポテンシャル 様々なカラーチャンネルにおけるクォーク間ポテンシャル ・温度の増加が弱くなる ・1C, 3*C: 引力, 8C, 6C: 斥力 １つのグルーオン交換描像 カシミアスケールと一致 c.f.) カシミア係数 デバイ遮蔽質量は 非摂動的寄与が支配

  13. 数値シミュレーションの結果 １．T = 0とT > 0のクォーク間ポテンシャルの関係 ２．様々なカラーチャンネルにおけるクォーク間ポテンシャル ３．テーラー展開法による有限密度下(mq)におけるクォーク間ポテンシャル 13 13

  14. 有限密度下 (mq) におけるクォーク間ポテンシャル • ビッグバン後の初期宇宙 • 相対論的重イオン衝突実験 低密度 低密度領域にはテーラー展開法が有効 0 < mq/T << 1 におけるＱＧＰの性質の解明 クォーク間ポテンシャルの2次展開 QQポテンシャル (1c, 8c)QQポテンシャル (3*c, 6c) QQポテンシャルはmq→ -mqで不変なため、　　　　　　　　　　　　　　　　　　奇数次は現れない

  15. 0 < mq /T << 1において は弱まる QQポテンシャル カラー 1c重項: 引力 カラー8c重項: 斥力

  16. 0 < mq /T << 1において は強まる QQポテンシャル カラー3*c重項:引力 カラー6c重項: 斥力

  17. 有限密度下 (mq) におけるクォーク間ポテンシャル QQポテンシャル(1c, 8c) QQポテンシャル (3*c, 6c) クォーク間ポテンシャルの引力チャンネルに注目すると・・・ メソン内のクォーク相関 (1c) 弱まる @0 < mq /T << 1 ダイクォーク相関(3*c) 強まる • 密度効果でポテンシャルが弱まるのは自然? • ダイクォーク強相関のメカニズムとは?? • 高密度ダイクォーク相関によるカラー超伝導相の解明に関係???

  18. Summary クォーク・グルーオン・プラズマの内部の性質クォーク間ポテンシャル １．T =0と T > 0のクォーク間ポテンシャルの関係 ２．様々なカラーチャンネルの温度依存性 ３．テーラー展開法による有限密度下(mq)におけるクォーク間ポテンシャル • によりシミュレーション結果を再現 ： クォーク間自由エネルギー 近距離: 媒質の影響をうけない 中距離: 遮蔽効果をうける（温度に依存したデバイ長） 遠距離: 閉じ込め項の消失、相互作用のないクォーク2体系に • １つのグルーオン交換描像に基づいたカシミアスケーリングによる再現 • mD(T ) は非摂動的な寄与が支配的 • 今後の展望 • クォーク３体力（バリオン）　　　　　強まるか？ • 相転移前後のポテンシャルの振舞い　 閉じ込め-非閉じ込め物理現象の解明 • クォーク・反クォーク間相互作用 弱まる • クォーク・クォーク間相互作用 強まる クォーク間ポテンシャル 　　　における非自明な密度効果

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