Heavy-quark spin polarization induced by the Kondo effect in a magnetic field

磁場下での近藤効果に起因したヘビークォークスピン偏極

末永 大輝*; 荒木 康史   ; 鈴木 渓   ; 安井 繁宏*

Suenaga, Daiki*; Araki, Yasufumi; Suzuki, Kei; Yasui, Shigehiro*

本論文では、クォーク物質中での近藤効果が、磁場下においてヘビークォークのスピン偏極を誘起する新たなメカニズムを提案する。高密度クォーク物質中では、アップ・ダウン等のライトクォークに対してチャーム・ボトム等のヘビークォークが不純物として働き、カラー交換により相互作用を増幅する「QCD近藤効果」が起こることが理論的に示唆されている。この際にヘビークォークとライトクォークによって構成される近藤凝縮により、ヘビークォークとライトクォークのスピンは混成する。そのため、クォーク物質中でライトクォークが磁場と結合すると、近藤凝縮を介してヘビークォークのスピン偏極も誘起される。このメカニズムを示すため、Nambu-Jona-Lasinio型の相互作用を持つモデルを用い、ゲージ対称性を考慮した頂点補正を加味して計算を行う。これにより磁場下で誘起されるヘビークォークのスピン偏極を線形応答理論に基づいて調べ、近藤効果の発現によってヘビークォークのスピン偏極が如実に誘起されることを示す。これらの結果は今後、符号問題を回避した格子シミュレーションにより検証が期待される。

We propose a new mechanism of the heavy-quark spin polarization (HQSP) in quark matter induced by the Kondo effect under an external magnetic field. The Kondo effect is caused by a condensate between a heavy and a light quark called the Kondo condensate leading to a mixing of the heavy- and light-quark spins. Thus, the HQSP is driven through the Kondo effect from light quarks coupling with the magnetic field in quark matter. For demonstration, we employ the Nambu-Jona-Lasinio type model under a magnetic field and investigate the HQSP within the linear response theory with vertex corrections required by the electromagnetic gauge invariance. As a result, we find that the HQSP arises significantly with the appearance of the Kondo effect. Our findings are testable in future sign-problem-free lattice simulations.