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Study of the axial $$U(1)$$ anomaly at high temperature with lattice chiral fermions

格子カイラルフェルミオンを用いた高温領域の軸性$$U(1)$$アノマリーの研究

青木 慎也*; 青木 保道*; Cossu, G.*; 深谷 英則*; 橋本 省二*; 金児 隆志*; Rohrhofer, C.*; 鈴木 渓 

Aoki, Sinya*; Aoki, Yasumichi*; Cossu, G.*; Fukaya, Hidenori*; Hashimoto, Shoji*; Kaneko, Takashi*; Rohrhofer, C.*; Suzuki, Kei

本研究では、格子QCDシミュレーションを用いて190-330MeVの温度領域における2フレーバーQCDの軸性$$U(1)$$アノマリーの性質を調べる。厳密なカイラル対称性を保つための格子フェルミオンとして、メビウス・ドメインウォール・フェルミオンや再重みづけ法によって構成されるオーバーラップ・フェルミオンを採用する。格子間隔は先行研究より小さい0.07fm程度であり、有限体積効果を正しく制御するために複数の体積でシミュレーションを行う。測定量として、トポロジカル感受率,軸性$$U(1)$$感受率,メソン/バリオン相関関数における$$U(1)$$パートナー間の縮退などの振る舞いを見る。臨界温度以上のすべての結果は、軸性$$U(1)$$対称性の破れが統計誤差の範囲でゼロと無矛盾であることを示唆している。クォーク質量依存性の結果は、$$SU(2)_L times SU(2)_R$$カイラル対称性の破れと同程度に軸性$$U(1)$$対称性が回復していることを示唆している。

We investigate the axial $$U(1)$$ anomaly of two-flavor QCD at temperatures 190-330 MeV. In order to preserve precise chiral symmetry on the lattice, we employ the M$"o$bius domain-wall fermion action as well as overlap fermion action implemented with a stochastic reweighting technique. Compared to our previous studies, we reduce the lattice spacing to 0.07 fm, simulate larger multiple volumes to estimate finite size effect, and take more than four quark mass points, including one below physical point to investigate the chiral limit. We measure the topological susceptibility, axial $$U(1)$$ susceptibility, and examine the degeneracy of $$U(1)$$ partners in meson/baryon correlators. All the data above the critical temperature indicate that the axial $$U(1)$$ violation is consistent with zero within statistical errors. The quark mass dependence suggests disappearance of the $$U(1)$$ anomaly at a rate comparable to that of the $$SU(2)_L times SU(2)_R$$ symmetry breaking.

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