научная статья по теме ПОВЕДЕНИЕ ГЛЮОННОГО КОНДЕНСАТА ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ СФЕРЫ ФЕРМИ Физика

Текст научной статьи на тему «ПОВЕДЕНИЕ ГЛЮОННОГО КОНДЕНСАТА ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ СФЕРЫ ФЕРМИ»

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ

ПОВЕДЕНИЕ ГЛЮОННОГО КОНДЕНСАТА ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ

СФЕРЫ ФЕРМИ

© 2008 г. А. Е. Дорохов1), Г. М. Зиновьев2), С. В. Молодцов1)-3)*

Поступила в редакцию 18.04.2007 г.; после доработки 24.08.2007 г.

Исследуется влияние заполнения сферы Ферми кварками с динамически генерируемой массой на инстантонную жидкость в нагретой и плотной сильновзаимодействующей среде. В частности, показано, что граница фазового перехода восстановления киральной инвариантности сдвигается в сторону большего химического потенциала кварков примерно на 100 МэВ по сравнению со значением, характерным для модели Намбу—Иона-Лазинио.

PACS:11.15.Kc, 12.38.-t, 12.38.-Aw

ВВЕДЕНИЕ

Впечатляющий прогресс, достигнутый в изучении столкновений ультрарелятивистских ионов на RHIC (Брукхейвен), и планируемые уже в самые ближайшие годы эксперименты на ALICE LHC (ЦЕРН) [1] требуют со все нарастающей остротой более точных и аккуратных теоретических предсказаний для возможных сигналов образования новых состояний сильновзаимодействующей материи. Однако успехи в теоретических исследованиях, особенно в последние годы, мало ощутимы. Так, например, предсказания различных моделей и подходов для поведения такой ключевой для теоретического анализа величины, как глюонный конденсат, при конечной температуре T и ненулевом химическом потенциале / по-прежнему остаются во многом не согласованными, а порой просто противоречивыми. Возможные изменения в глюон-ном секторе, возникающие при таких условиях и описываемые посредством варьирования констант мультикваркового взаимодействия, как функций T и /, в модели Намбу—Иона-Лазинио (NJL) [2], требуют для современного анализа почти с неизбежностью привлечения результатов решеточных расчетов для глюонного конденсата [3]. Это в не меньшей степени относится и к предсказаниям, основанным на киральной пертурбативной теории (CHPT) [4] и правилах сумм (SR) КХД [5], которые имеют достаточно ограниченную степень надежности вблизи критических параметров. В работе [6]

^Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия.

2)Институт теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова НАН Украины, Киев.

3)Институт теоретической и экспериментальной физики, Москва, Россия.

E-mail: molodtsov@itep.ru

была дана оценка глюонного конденсата в условиях нагретой и плотной среды в рамках модели инстан-тонной жидкости (1Ь) [7—9]. При этом экранирующее воздействие на глюонный конденсат заполняющих сферу Ферми кварков4) рассматривалось при нулевой массе кварка.

В настоящей работе мы рассмотрим более реалистическую ситуацию, учитывая влияние, оказываемое на глюонный конденсат кварками с конечной массой. В модели 1Ь процедура нахождения динамической массы кварка в вакууме при нормальных условиях основана на использовании приближения нулевых мод [12]. Однако даже при нулевой температуре возникает серьезная техническая трудность (см. также [13]), связанная с вычислением (интерпретацией) петлевых кварковых диаграмм при химическом потенциале, превосходящем динамическую массу кварка, / > Ыд. Мы трактуем эту проблему на основе модели ШЬ и не будем интересоваться асимптотически большими значениями параметров / и Т (см., например, [14]). Не рассматриваются также вопросы, связанные с фазой цветной сверхпроводимости.

1. аппроксимация вакуумных

КОНФИГУРАЦИЙ ПРИ КОНЕЧНЫХ Т И /

Оставив в стороне проблему стабилизации ин-стантонного ансамбля и исследование "точной" структуры вакуумных конфигураций, в настоящей работе мы преследуем цель получить оценку поведения глюонного конденсата, а для этого желательно иметь удобный и практичный инструмент.

4)Следуя [10], мы рассматриваем этот эффект в качестве доминирующего при достаточно высоких температурах, хотя существуют и другие интересные эффекты [11].

Во всех сценариях, где свойства вакуума пытаются описать посредством среднего поля, прибегают к процедуре упрощенного описания системы. Например, наипростейшая аппроксимация достигается введением вакуумной корреляционной функции (Лц(х)Ли(у)). На этапе упрощенного описания нет никакой надобности стремиться сохранить все симметрии исходного лагранжиана. Например, реалистичный коррелятор с интегрируемой корреляционной функцией приводит в длинноволновом приближении к генерации массы глюонного поля, в нашем контексте — наличию экранирующего множителя. Инстантонный ансамбль со взаимодействием компонент, трактуемым таким образом, применяется в нашей работе.

Как известно, в модели 1Ь при нулевых химическом потенциале / и температуре Т в качестве фонового вакуумного поля, насыщающего производящий функционал КХД, рассматривается суперпозиция (анти)инстантонов, взятых в сингулярной калибровке:

2

аи(у) = ^г-1—оЩ, У = х-г, ц, V = 1,2,3,4, у2 + р2 у2

где р — размер псевдочастицы, ш — матрица ее цветовой ориентации и г — координата ее центра (для антиинстантона следует произвести замену символов 'т Хофта п ^ п). Сам производящий функционал КХД при этом оценивается как N „

Y = W\H I d7ido(Pi)e

-ßuint (y)

N!

N=1 i=1'

ж N

Е^П/^

N=1 ' i=1J

E(y) = ßUint(Y) - lnd°(pi)' Y = (z,p,w), здесь

1

db(p) = ^ßF'e-M

P5

— функция распределения по размеру для индивидуального инстантона (приближение инстантонно-го газа) [7], = й4ггйшгйрг — элемент интегрирования,

м = = -Мп(С^Лр)

— действие одного инстантона (Л = Л-д^ = = 0.92Лру) с константой CNc, зависящей от схемы перенормировки,

4.66ехр(—1.68^)

Cn,

С ' „ 2

TT2

(Nc - 1)!(NC - 2)!'

и с параметром

b =

11Nc - 2Nf

Вспомогательные коэффициенты в = —Ь 1п(Лр) и в в экспоненте (2) фиксируются на характерном масштабе р (среднем размере псевдочастиц). Предполагая топологическую нейтральность 1Ь, мы не вводим различные символы для инстантонов и антиинстантонов, и поэтому N обозначает полное число псевдочастиц, занимающих объем V.

Учет взаимодействия инстантонов с вакуумными флуктуациями эффективно сводится к возникновению экранирующего множителя в распределении (3):

d(p) = ß: P

'2NC e-ß(p)-Zp2

(4)

(1)

где значение коэффициента экранирования £ зависит от выбора суперпозиционного анзаца. Для псевдочастиц в сингулярной калибровке взаимодействие в парном приближении будет иметь вид [9]

/ йигй^йгг^2^(71,72) = V£2р2р2

с константой

^ = 37*

Nr

(2)

(3)

4 N22 — 1'

Конфигурации, рассматриваемые в методе долин [15], приводят к существенно меньшему значению (примерно на порядок) коэффициента £ [16]. Кроме того, фактор экранирования с успехом извлекается из решеточных данных, А^ ~ ~ 0.22 Фм [17], посредством процедуры охлаждения конфигураций, которые удовлетворительно фитируются инстантонным ансамблем [18]. Изучение оптимальных инстантонных конфигураций в приближении среднего поля заслуживает отдельного рассмотрения и будет проведено в отдельной работе (см. [19]).

Пользуясь свойством выпуклости экспоненты, парциальный вклад в производящий функционал (2) при каждом значении N можно оценить с помощью аппроксимирующего выражения

Y > Yappr = Yi exp(-(E - Ei)), для которого можно получить [9]

Yappr — e

-X

(5)

(6)

X = N + 1) [1п(п/Л4) - 1] -

N ln

где n = N/V, v = (b - 4)/2. Равновесные параметры IL определяются максимумом производящего

2

функционала по п с учетом связи среднего размера инстантона и плотности 1Ь:

V / р2 = (3^2пр2.

(7)

Найдем теперь максимум X по п. Для этого следует решить уравнение

- + 1) 1п(п/Л4) + (8)

+ п-^----п—— = 0.

в ап 2р ап

Из соотношения (7) имеем

10 1сЫ 4_о

в ар п ар р

с другой стороны, ав/ар = —ь/р, ав/ар = ав/ар. Записывая теперь производную в по плотности как

(1/3 (1/3 / йп йп йр / йр1

получим

0£ _ 1 Ь/З 0£_0£ 6п п 4в — Ь 6п 6п

1

А°(х, 7, Г) = --иаЬг1ь^д,ЫФ(х,Т),

а(р;/,Т) = (1{р)е-п2 т )р2,

г,2(р.,Т ) = 2п2

Т

2 N

N.

+ (л,Т)

/=1

Первое слагаемое экранирующего множителя описывает однопетлевой вклад глюонов в эффективное действие, а второй член обусловлен вкладом кварков, который в однопетлевом приближении вычисляется точно и не имеет опасных сингуляр-ностей [24]. "Временная" компонента тензора поляризации, генерируемая кварком определенного сорта, имеет вид

П{4(к4,ш) =

к2 [ арр2

П2Ш2

X п2

1 +

4е2р — к2 (к2 + 2рш)2 + 4е2р к|

8рк

1п

ер к4 рш

аг^

(к2 — 2рш)2 + 4е2 к2

8ршер к4

4е2 к2 — 4р2 ш2 + к4

здесь ш = |к|; к2 = ш2 + к4; ер = (М2 + р2)1/2, где Мч — масса кварка; пр = п- + п,

п2

п

+ _

ехр

ехр

£Р- р>

Т

£р + Р-Т

+

+ 1

+ 1

-1

-1

(9)

Решая систему трансцендентных уравнений, можно определить равновесные параметры 1Ь.

В случае конечных температур насыщающее производящий функционал поле заменяется суперпозицией (анти)калоронов [20, 21], являющихся периодическими по евклидовому "времени", с периодом Т-1, решениями уравнений Янга— Миллса [22]:

(10)

(пр , п+ — плотности антикварков и кварков соответственно). Понятно, что приведенное нами выражение потенциально содержит множество плазменных эффектов, но мы в этой работе оставим в качестве доминирующего вклада при малых ш и к4 только первое слагаемое в квадратных скобках (единицу) (подробно процедура предельного перехода в применении к инстантонным полям обсуждается, например, в работе [10], прямое вычисление поляризационного вклада от инстантонов также подтверждает малость обсуждаемых поправок, см. Карвальо [23]). Для вклада кварков в формуле (11)

имеем

г еЪ(2птТ) — сов(2птТ)'

Здесь г = |х — z| — расстояние в трехмерном пространстве до центра калорона z; т = х4 — г4 — расстояние по "времени". Можно убедиться, что при стремлении температуры к нулю решение переходит в (анти)инстантон в сингулярной калибровке. Кроме того, изменяется также и функция распределения по размерам калорона [10, 23]:

= П{4(0,0) = ^ /

Тогда при Т = 0 получим

п/(л, 0) =

арр2

-пр

(12)

(л2 — М2)1'2 л

п2

м2 Л + (У2-М2у/2 ---

п2

М

ч

(11)

Для нахождения равновесных параметров инстан-тонной жидкости, как функций л и Т, следует минимизировать аппроксимационный функционал (6), приняв во внимание замены формул (7) и (9) соответственно на

= V2 + /З^пр2 (13)

х

е

0

е

V

3

п йв в йп

1 и—п2 р2

(14)

В качестве характерной шкалы в модели 1Ь примем для определенности Л = 280 МэВ. Приводимые ниже

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком