Role of the axial anomaly in the chiral susceptibility of QCD at high temperature

高温QCDのカイラル感受率における軸性異常の役割

青木 慎也*; 青木 保道*; 深谷 英則*; 橋本 省二*; Rohrhofer, C.*; 鈴木 渓   

Aoki, Shinya*; Aoki, Yasumichi*; Fukaya, Hidenori*; Hashimoto, Shoji*; Rohrhofer, C.*; Suzuki, Kei

量子色力学(QCD)におけるカイラル対称性の自発的破れに関する相転移(カイラル相転移)の秩序変数は「カイラル凝縮」であるが、これと関係した量として、カイラル凝縮をクォーク質量で一階微分して得られる「カイラル感受率」という量が知られており、カイラル相転移を示唆する量の一つとしてこれまでしばしば注目されてきた。しかし、カイラル凝縮やカイラル感受率は軸性対称性の破れとも関係しており、その詳細は未だ明らかでない。本論文は、相転移温度近傍におけるカイラル感受率の振る舞いを調べ、軸性対称性の破れがカイラル感受率にどのように寄与しているかを明らかにすることを目的とする。具体的には、カイラル感受率をディラック演算子の固有値分解を用いた形式で表すことにより、軸性対称性の破れと他の寄与を分離する手法を用いた。2フレーバー格子QCDシミュレーションの結果は、MeVの温度領域におけるカイラル感受率が、軸性対称性の破れに大きく支配されていることを示唆している。特に、connected partは軸性感受率に、disconnected partはトポロジカル感受率と呼ばれる量によって支配されることが分かった。

The chiral susceptibility, or the first derivative of the chiral condensate with respect to the quark mass, is often used as a probe for the QCD phase transition since the chiral condensate is an order parameter of symmetry breaking. However, the chiral condensate also breaks the axial symmetry, which is usually not studied as it is already broken by the anomaly and apparently has little impact on the transition. We investigate the susceptibilities in the scalar and pseudoscalar channels in order to quantify how much the axial breaking contributes to the chiral phase transition. Employing a chirally symmetric lattice Dirac operator and its eigenmode decomposition, we separate the axial breaking effects from others. Our result in two-flavor QCD indicates that both of the connected and disconnected chiral susceptibilities are dominated by axial breaking at temperatures MeV after the quadratically divergent constant is subtracted.