Magnetotransport phenomena in QCD matter with heavy-quark impurities

含有重夸克杂质的QCD物质中的磁输运现象

基本信息

批准号：
20K03948
负责人：
服部恒一
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Osaka University (2021-2022)Kyoto University (2020)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

量子色力学で記述される物質の相構造の解明は素粒子・原子核分野の大きな課題の一つであり、理論・実験、及び格子QCDによる第一原理数値シミュレーションによる取り組みが行われている。これらの相構造は、通常は温度とバリオン密度を軸とした「QCD相図」に集約されている。強磁場という新たな軸の導入と、重クォークを不純物として考慮した場合の2点から、QCD相図研究に新たな要素を導入し、これらの状況下で生じる量子相転移点を見出した。知る限りにおいて、QCD相図において量子相転移点が提案されたのは初めての成果である。重クォークを考慮しない場合、QCD真空を特徴づけるカイラル対称性の破れは、強磁場下で増幅されることが知られている。これは磁場触媒効果(magnetic catalysis)と呼ばれ、最近10年の間に格子QCDシミュレーションによる研究が進められてきた。QCDが本来持つ強結合性と磁場触媒効果が引き起こす量子多体効果による強結合性の協奏による興味深い現象が報告されてきた。一方、強磁場下でさらに不純物が存在する状況では、近藤効果として知られる別の量子多体効果が生じる。元来、近藤効果はフェルミ面近傍の励起によって生じる有限密度効果であるが、磁場によって誘導される磁場近藤効果が新たに提案されていた。今回の成果では、磁場触媒効果によってカイラル対称性の破れが増幅される効果と、近藤効果によって抑制される効果の競合がある事に注目した。ゼロ温度で磁場の強度を変えるにしたがって、カイラル対称性の破れが支配的な真空から、近藤効果が支配的な真空への転移が生じる事、つまり量子相転移点が存在すること、を有効模型による解析の範囲で示した。この結果は会議録の形で出版されたと共に、論文が現在査読中である。

阐明量子色动力学描述的物质相结构是基本粒子和原子核领域的主要挑战之一，人们正在利用理论、实验和使用晶格 QCD 的第一性原理数值模拟进行努力。这些相结构通常总结为以温度和重子密度为中心的“QCD 相图”。我们通过引入称为强磁场的新轴并将重夸克视为杂质，将新元素引入到 QCD 相图研究中，并发现了在这些条件下出现的量子相变点。据我们所知，这是在 QCD 相图中提出量子相变点的第一个结果。当不考虑重夸克时，表征 QCD 真空的手性对称性破缺在强磁场下会被放大。这称为磁催化，使用晶格 QCD 模拟的研究在过去 10 年中一直在取得进展。由于QCD固有的强耦合与磁场催化效应引起的量子多体效应引起的强耦合之间的配合，报道了一个有趣的现象。然而，在强磁场和存在额外杂质的情况下，会发生另一种量子多体效应，称为近藤效应。最初，近藤效应是由费米面附近的激发引起的有限密度效应，但提出了一种由磁场引起的新的磁近藤效应。在这项工作中，我们关注的是磁场催化效应导致的手性对称性破缺放大效应与近藤效应的抑制效应之间存在竞争的事实。有效的模型表明，随着零温度下磁场强度的变化，会发生从以手性对称破缺为主的真空到以近藤效应为主的真空的转变，即存在量子相变点的范围。分析如下所示。结果已以会议论文集的形式发表，目前有一篇论文正在接受同行评审。