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丁亨通课题组在QCD手征反常研究中取得重要进展

     近日, 我院丁亨通课题组传来喜讯,他们在量子色动力学(QCD)手征反常(axial anomaly)方面的研究中取得了重要进展。研究成果“Correlated Dirac Eigenvalues and Axial Anomaly in Chiral Symmetric QCD”于2021年2月22日发表在国际期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。


     核物质相结构一直是高能核物理研究领域的热点和前沿,它也是格点QCD研究中最具挑战性的课题之一。自Robert Pisarski和Frank Wilczek在上世纪八十年代提出QCD手征反常的强弱对QCD手征相变存在着重要的影响以来,QCD手征相变的阶数及其临界普适律一直是个悬而未决的问题。尽管人们发现了一些手征相变的普适律符合O(4)群的迹象,但是在这些研究中并没有考虑QCD手征反常的影响。解决这个问题的难点在于:1)理解QCD手征反常在相变温度时的微观起源,其涉及到的费米子矩阵狄拉克本征值谱对夸克质量的偏导无法直接在格点数值模拟计算中实现;2)手征反常对相变的影响需要得到在相变温度附近、连续极限和手征极限下的结果。


     丁亨通课题组与国内外合作者们第一次建立了狄拉克本征值谱对夸克质量的偏导与狄拉克本征值谱的关联函数之间的解析关系。这从而解决了格点计算中狄拉克本征值谱对夸克质量的偏导不能直接被计算的问题。为了规避在手征相变温度附近计算需求资源大的问题,他们在远高于手征相变温度的温度下产生、测量量子色动力学组态并进行数值分析,计算了本征值谱的关联函数,以及量化了QCD手征反常对QCD手征相变的影响。由此首次得到了在连续及手征极限下QCD手征反常对QCD手征相变影响的大小,结果间接地表明在手征相变温度处QCD相变应为服从O(4)普适律的二阶相变。本文提出的直接计算本征值谱对夸克质量求偏导的方法对未来使用其他离散化方案的研究也具有重要的指导作用。




     该文由我院丁亨通教授(第一作者),丁亨通课题组博士生张瑜(通讯作者)、汪晓丹,以及中科院近代物理研究所博士后李胜泰博士和美国布鲁克海文国家实验室的研究员Swagato Mukherjee博士和博士后Akio Tomiya博士共同合作完成。该成果的计算模拟主要依托华中师范核科学计算中心(简称NSC3)。


该项研究得到了国家自然科学基金重点项目和面上项目的资助。

文章链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.082001




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