QCD Kondo excitons

QCD近藤エキシトン

末永 大輝*; 鈴木 渓   ; 安井 繁宏*

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

QCD近藤効果は、高密度クォーク物質中においてチャームクォーク・ボトムクォークなどのヘビークォークが不純物として存在するときに生じる量子現象である。本論文では、QCD近藤効果の実現した基底状態から励起されるエキシトンモードが束縛状態として存在することを予言し、その詳細な性質を調べた。具体的には、平均場近似に基づいてQCD近藤効果を記述する有効模型を構築し、励起モードとして実現可能な量子数(スピンやパリティ)やそれらの分散関係を調べた。これらのエキシトンは電気的・カラー的に中性になることができるため、(電荷やカラー荷を持つ粒子とは異なり)輸送現象における「中性カレント」として出現し、電気伝導や熱伝導に対するヴィーデマン・フランツ則の破れに寄与することが期待される。このような近藤エキシトンは、ディラック粒子やワイル粒子のような「相対論的」フェルミオンに対する近藤効果における普遍的な物理現象であり、クォーク物質に限らずディラック・ワイル電子系への応用も期待される。

The QCD Kondo effect is a quantum phenomenon in which heavy (charm or bottom) quarks exist as impurity particles in quark matter composed of light quarks at extremely high density. In this paper, we theoretically predict the existence of the exciton modes above the ground state of the quark matter governed by the QCD Kondo effect. We construct an effective model based on the mean field approximation and investigate possible quantum numbers (such as spin and parity) of excitons and their dispersion relations. These excitons can be electrically (color) neutral, so that they are observed as the neutral currents in transport phenomena. As a result, they contribute to violation of the Wiedemann-Franz law for the electric (color) and heat conductivities. Such Kondo excitons are an universal phenomenon for relativistic (Dirac or Weyl) fermions, and the same concept will also be applied to Dirac or Weyl electron systems.