Roberge-Weiss相变临界末点的格点量子色动力学研究

The understanding of nature of the end points of Roberge-Weiss transition lines not only can help us to determine the phase structure of quantum chromodynamics (QCD) with imaginary chemical potential, but also can help us to determine the relationship between the critical quark mass and the chemical potential in terms of the scaling law at the tricritical point, this relationship can demonstrate if there exists an end point on the phase diagram of QCD with real chemical potential and its location. Extensively and deeply, this project proceeds with the applicant's previous research and the last concluded NSFC project to study the phase transition of 2 flavor and 3 flavor QCD with imaginary chemical potential, employing asqtad fermion action and Symanzik improved gauge action in the formulation of lattice gauge theory. After determining the nature of the critical end points of Roberge-Weiss transition lines, the location of the tricritical point and corresponding quark mass and scaling law, the relationship between critical quark mass and chemical potential can be obtained. The results can enhance our understanding of the nature of QCD transition.

探明Roberge-Weiss相变的临界末点的相变性质， 不但可以定出量子色动力学(QCD)在虚化学势下的相结构, 而且其三临界点处的标度律可以确定临界夸克质量和化学势的变化关系， 这个关系能说明QCD在实化学势下的相图中临界末点的存在性及位置。 本课题在申请者以前的研究和上一个已结题国家基金的研究基础上进行拓展和深化， 利用格点规范理论， 采用asqtad 费米子作用量和Symanzik improved 规范场作用量， 研究2味和3味QCD在虚化学势下的相变。 定出Roberge-Weiss相变临界末点的相变性质、 三临界点的位置及相应的夸克质量和标度律， 得到临界夸克质量和化学势的变化关系。 结果有助于加深对QCD相变性质的理解。

掌握普通强子物质相变的性质和相变温度对于理解宇宙的演化、致密星的形成和高能物理实验具有重要的指导意义。本项目重点研究了两味强子物质的若伯格-外斯相变末点的相变性质和相变温度温度随化学势的变化关系。对于在虚化学势下的三临界点的位置，本项目利用Wilson费米子研究了普里雅科夫圈的虚部的susceptibility的标度行为，定出了两个三临界点的位置分别位于跳跃参数0.07和0.08以及0.12和0.14之间。本项目也利用Symanzik improved gauge action 和 asqtad fermion action研究了三临界点的位置。通过在规范场作用量中增加两个算符和链变量的smearing操作改善了味对称性和格距误差，通过研究Binder cumulant的标度行为定出了两个三临界点所相应的夸克质量分别处于0.024和0.026以及0.040和0.050之间。同时本项目也利用改进作用量研究了两味强子物质的相变温度随化学势的变化曲线，得到了在化学势为零处的曲线曲率为0.0326(24)。在研究期间，由于研究的变动，部分研究内容仍处于实施阶段。项目负责人将按原计划完成相关工作。在基金的资助下，本项目在利用改进作用量研究强子物质在虚化学势下的相变方向取得了一定的进展，基本达到了项目预期的研究目标。