Topologische Anregungen und QCD-Vakuum bei endlicher Temperatur

• Applicant: Dr. Falk Bruckmann
• Subject Area: Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2007 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 36627903

• Final Report Year: 2013

Final Report Abstract

Die beschriebenen Erkenntnisse zu dualen Kondensaten, Quark-Lokalisierung etc. haben das Bild der QCD bei hohen Temperaturen weiter komplettiert. Besonders das Zusammenwirken von spektralen Eigenschaften des Dirac-Operators, der chiralen Symmetrie(brechung) und (De)Confinement ist immer besser verstanden. Parallel dazu wurde der semiklassische Zugang mittels Caloronen/Dyonen weiterentwickelt. Seine Mechanismen sind sehr intuitiv, aber bislang nicht direkt quantitativ mit Gitterrechnungen vergleichbar. Für die weiteren experimentell relevanten extremen Bedingungen - Magnetfelder und chemische Potentiale - stellt sich die Situation unterschiedlich dar. Die Effekte externer Magnetfelder auf die QCD-Thermodynamik haben wir ausführlich numerisch untersucht. Die gefundene Inverse Magnetische Katalyse am Phasenübergang steht dabei im Gegensatz zu fast allen Modell-Vorhersagen, womit wir die Diskussion der B-Effekte auf die QCD neu belebt haben. Die von uns untersuchten Rückkopplungseffekte der Quarks, die Erhöhung des Polyakov-Loops mit B und die Inverse Magnetische Katalyse im Gluon-Sektor sind wichtige Beobachtungen dafür. Das physikalische Verständnis der QCD mit Magnetfeldern ist noch unvollständig. Fast alle Nicht-Gitter-Zugänge beruhen bspw. auf Landau-Niveaus im Quarkspektrum, die in unseren Gittersimulationen scheinbar irrelevant sind. Weitere noch nicht geklärte Fragen betreffen die Lokalisierung der entsprechenden Eigenmoden sowie die Eigenschaften der topologischen Ladung. Diese Themen sollen im Rahmen des Heisenberg-Stipendiums weiter bearbeitet werden. Zur QCD mit chemischem Potential haben wir die semiklassischen Dyonen sowie die subset-Methode als neuen algorithmischen Zugang weiterentwickelt. Hierin sehe ich einen interessanten neuen Ansatz, das Sign-Problem anzugehen, dem ich weiter nachgehen will.

Publications

• “Anderson localization through Polyakov loops: lattice evidence and Random matrix model ”; Phys. Rev. D84 (2011) 034505, 1105.5336
  Falk Bruckmann, T.G. Kovács, S. Schierenberg
  
• “Confining dyon gas with finite-volume effects under control”; Phys. Rev. D85 (2012) 034502, 1111.3158
  Falk Bruckmann, S. Dinter, E.-M. Ilgenfritz, B. Maier, M. Müller-Preussker, M. Wagner
  
• “The QCD phase diagram for external magnetic fields”; JHEP 1202 (2012) 044, 1111.4956
  Falk Bruckmann, G.S. Bali, G. Endrödi, Z. Fodor, S.D. Katz, S. Krieg, A. Schäfer, K.K. Szabó
  (See online at https://doi.org/10.1007/JHEP02(2012)044)
• “Topology of dynamical lattice configurations including results from dynamical overlap fermions”; Phys. Lett. B707 (2012) 278, 1107.0897
  Falk Bruckmann, F. Gruber, N. Cundy, A. Schäfer, Th. Lippert
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.physletb.2011.12.030)
• “Inverse magnetic catalysis and the Polyakov loop”; JHEP 1304 (2013) 112, 1303.3972
  Falk Bruckmann, G. Endrödi, T.G. Kovács
  (See online at https://doi.org/10.1007/JHEP04(2013)112)
• “Magnetic field-induced gluonic (inverse) catalysis and pressure (an)isotropy in QCD”; JHEP 1304 (2013) 130, 1303.1328
  Falk Bruckmann, G.S. Bali, G. Endrödi, F. Gruber, A. Schäfer
  (See online at https://doi.org/10.1007/JHEP04(2013)130)
• “Electric charge catalysis by magnetic fields and a nontrivial holonomy”
  Falk Bruckmann, P.V. Buividovich, T. Sulejmanpasic
  (See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevD.88.045009)