Axial U(1) symmetry at low and high temperatures in lattice QCD with chiral fermions

カイラルフェルミオンを用いた格子QCDにおける低温・高温での軸性U(1)対称性

青木 慎也*; 青木 保道*; 深谷 英則*; 橋本 省二*; 金森 逸作*; 金児 隆志*; 中村 宜文*; Rohrhofer, C.*; 鈴木 渓   ; Ward, D.*

Aoki, Shinya*; Aoki, Yasumichi*; Fukaya, Hidenori*; Hashimoto, Shoji*; Kanamori, Issaku*; Kaneko, Takashi*; Nakamura, Yoshifumi*; Rohrhofer, C.*; Suzuki, Kei; Ward, D.*

量子色力学(QCD)はクォークとグルーオンの運動を記述する基礎理論である。QCDにおける軸性U(1)対称性は、低温では量子異常の効果で破れているが、QCDの高温領域でこの対称性がどうなるか調べることはQCDの相構造を理解するうえで重要である。本研究では、ドメインウォール・フェルミオンや(再重み付け法によって得られる)オーバーラップ・フェルミオンなどの動的なカイラルフェルミオンを用いて2+1フレーバーQCDの高温領域のシミュレーションを行った。ここで、アップ、ダウンクォークの質量は物理点より重い質量から物理点近傍、物理点より軽い質量領域も含め、温度は擬臨界温度近傍や少し低温側・高温側の温度領域を調べた。物理量として、ディラックスペクトル、軸性U(1)感受率、トポロジカル感受率、ハドロン相関関数の振る舞いについて得られた結果と考察を報告する。

Quantum chromodynamics (QCD) is the fundamental theory describing the dynamics of quarks and gluons. The axial U(1) symmetry in QCD is broken at low temperatures by the effect of quantum anomaly, and it is important for understanding the phase structure of QCD to investigate what happens to this symmetry in the high-temperature regime of QCD. In this study, we simulate a high-temperature regime of 2+1 flavor QCD using dynamical chiral fermions such as the domain-wall fermions and the overlap fermions (obtained by the reweighting method). Here, for up- and down-quark masses, we investigate masses heavier than the physical point, near the physical point, and lighter than the physical point. For temperatures, we investigate the near-pseudo-critical temperature and slightly lower and higher temperature regions. For physical quantities, we report results and discussion on the behavior of the Dirac spectrum, axial U(1) susceptibility, topological susceptibility, and hadronic correlation functions.