Теоретическая и математическая физика
RUS  ENG    ЖУРНАЛЫ   ПЕРСОНАЛИИ   ОРГАНИЗАЦИИ   КОНФЕРЕНЦИИ   СЕМИНАРЫ   ВИДЕОТЕКА   ПАКЕТ AMSBIB  
Общая информация
Последний выпуск
Архив
Импакт-фактор
Подписка
Правила для авторов
Лицензионный договор
Загрузить рукопись

Поиск публикаций
Поиск ссылок

RSS
Последний выпуск
Текущие выпуски
Архивные выпуски
Что такое RSS



ТМФ:
Год:
Том:
Выпуск:
Страница:
Найти






Персональный вход:
Логин:
Пароль:
Запомнить пароль
Войти
Забыли пароль?
Регистрация


Теоретическая и математическая физика, 2024, том 221, номер 3, страницы 615–628
DOI: https://doi.org/10.4213/tmf10794
(Mi tmf10794)
 

Эта публикация цитируется в 2 научных статьях (всего в 2 статьях)

Бета-функция в голографических моделях КХД

И. Я. Арефьева, А. Хаджилу, П. С. Слепов, М. К. Усова

Математический институт им. В. А. Стеклова Российской академии наук, Москва, Россия
Список литературы:
Аннотация: Исследуется зависимость бета-функции от бегущей константы связи в голографических моделях с дилатонным действием Эйнштейна–Максвелла для легких и тяжелых кварков. Дилатон в этих моделях определяет константу связи. Зависимость дилатона от граничных условий приводит к зависимости от них констант связи. Показано, что поведение бета-функции как функции бегущей константы связи существенно не зависит от граничного условия. Для нулевого граничного условия на горизонте соответствующие бета-функции являются отрицательными и монотонно убывающими функциями и имеют скачки при фазовых переходах первого рода как для легких, так и для тяжелых кварков. Проведено сравнение наших голографических результатов для бета-функции как функции бегущей константы связи с результатами теории возмущений, полученными в ходе двухпетлевых вычислений.
Ключевые слова: АдС/КХД-соответствие, голография, бета-функция, бегущая константа связи, легкие кварки, тяжелые кварки.
Финансовая поддержка Номер гранта
Российский научный фонд 20-12-00200
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 075-15-2022-265
Работа И. Я. Арефьевой, П. C. Слепова и М. К. Усовой, которая заключалась в общей постановке проекта и изучении бета-функции модели легких кварков и сравнении легких и тяжелых кварков, поддержана РНФ (грант № 20-12-00200), https://rscf.ru/project/20-12-00200/. Работа А. Хаджилу, заключавшаяся в изучении бета-функции для тяжелых кварков, была выполнена в Математическом центре мирового уровня МИАН при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-15-2022-265).
Поступило в редакцию: 19.07.2024
После доработки: 19.07.2024
Дата публикации: 16.12.2024
Английская версия:
Theoretical and Mathematical Physics, 2024, Volume 221, Issue 3, Pages 2132–2143
DOI: https://doi.org/10.1134/S0040577924120080
Реферативные базы данных:
Тип публикации: Статья

1. Введение

Режим сильной связи калибровочных теорий может быть исследован с помощью голографической дуальности, определяющей соответствие между классом сильновзаимодействующих квантовых теорий поля и слабовзаимодействующих гравитационных теорий [1]–[3]. Благодаря этой дуальности возможно описание потока ренормгруппы (РГ) в квантовой теории поля (КТП) с помощью гравитации с дилатонным полем, т. е. в виде голографического РГ-потока [4]–[7]. Геометрическое описание РГ-потока в данном подходе дуально гравитационному решению с особыми асимптотиками, при этом голографическая координата $z$ соответствует энергетическому масштабу КТП. Следовательно, бета-функция имеет голографический аналог, описывающий зависимость бегущей константы связи от энергетического масштаба КТП [8]–[11].

Исследование структуры фазовой диаграммы КХД в плоскости (химический потенциал, температура) является одной из важных задач высокоэнергетических экспериментов на ускорителях LHC, RHIC, NICA и FAIR. Поскольку стандартные вычисления в рамках теории возмущений не работают для КХД в режиме сильной связи, для описания физики сильновзаимодействующей кварк-глюонной плазмы (КГП), образующейся при столкновениях тяжелых ионов, требуется непертурбативный подход [2], [3].

Из вычислений на решетке [12], [13] и некоторых эффективных феноменологических моделей [14] следует, что структуры фазовых диаграмм КХД различаются для тяжелых и легких кварков в силу их значительной зависимости от масс кварков. С учетом такой зависимости модели голографической КХД, воспроизводящей известные особенности вычислений на решетке, должны быть разными для тяжелых и легких кварков [15]–[22]. Голографическая КХД, вообще говоря, дает различное поведение бета-функций в разных фазах, а именно в фазе конфайнмента кварков и фазе КГП, а также вблизи критических линий для тяжелых и легких кварков.

В контексте приложений в КХД голографический РГ-поток изучался в работах [6], [7], [23], [24]. РГ-потоки для анизотропной КГП с ненулевыми химическим потенциалом и температурой исследованы в работах [17], [25], [26]. Точные голографические РГ-потоки были введены в случаях пространств более высоких размерностей [27] и более низких размерностей [28], [29].

Бета-функция выражает зависимость бегущей константы связи $\alpha$ от энергетического масштаба физической системы и задается формулой

$$ \begin{equation} \beta_\mathrm{QFT}(\alpha)=\frac {\partial \alpha(\Lambda)}{\partial \ln\Lambda}, \end{equation} \tag{1.1} $$
где $\alpha=\alpha(\Lambda)$ – бегущая константа связи, а величина $\Lambda$ обозначает энергетический масштаб в КТП и связана с голографической координатой $z$ как $z\sim 1/\Lambda$ [2], [30]. В настоящей работе мы исследуем поведение голографической бета-функции как функции бегущей константы связи. Бета-функция в голографии определена как [23], [25], [27], [31], [32]
$$ \begin{equation} \beta(\alpha)= \frac{\partial \alpha} {\partial \ln B}, \end{equation} \tag{1.2} $$
где $\alpha(z)=e^{\varphi(z)}$, $\varphi$ – поле дилатона, а $B(z)=e^{A(z)}/z$ играет роль энергетического масштаба КТП и задает фактор деформации в голографической метрике (см. подробнее ниже, в частности (2.4)).

Основной целью настоящей работы является изучение зависимости бета-функции от бегущей константы связи для голографических моделей легких и тяжелых кварков. В предыдущей статье [33] мы исследовали поведение бета-функции в зависимости от голографической координаты $z$ для различных температур и химических потенциалов. В этом исследовании мы сосредоточимся на зависимости $\beta(\alpha)$ и сравним наши результаты с пертурбативными расчетами.

Статья организована следующим образом. В разделе 2 вводятся пятимерные голографические модели тяжелых и легких кварков, описываются их термодинамические свойства. В разделе 3 исследуется бета-функция $\beta(\alpha)$ для этих моделей. В разделе 4 приводится обзор основных результатов работы.

2. Голографическое определение моделей легких и тяжелых кварков

2.1. Модели

Мы рассматриваем систему с действием Эйнштейна–Максвелла для скалярного поля [15], [16]

$$ \begin{equation} S=\frac{1}{16\pi G_5}\int d^5x\,\sqrt{-\mathfrak{g}} \biggl[R-\frac{\mathfrak{f}_0(\varphi)}{4}F^2-\frac{1}{2}\partial_{\mu}\varphi\partial^{\mu}\varphi-\mathcal{V}(\varphi)\biggr], \end{equation} \tag{2.1} $$
включающим в себя пятимерную константу Ньютона $G_5$, скаляр Риччи $R$, электромагнитный тензор $F_{\mu\nu}=\partial_{\mu}A_{\nu}-\partial_{\nu}A_{\mu}$ калибровочного поля Максвелла $A_{\mu}$, скалярное поле (дилатон) $\varphi$, калибровочную кинетическую функцию взаимодействия $\mathfrak{f}_0(\varphi)$, описывающую константу связи между полем Максвелла и дилатоном, и дилатонный потенциал $\mathcal{V}(\varphi)$.

Соответствующие действию (2.1) уравнения движения могут быть получены в общей форме:

$$ \begin{equation} \nabla^2\varphi=\frac{\partial \mathcal{V}}{\partial \varphi}+ \frac{F^2}{4}\frac{\partial \mathfrak{f}_0}{\partial \varphi},\qquad \qquad \partial_{\mu}[\sqrt{-\mathfrak{g}}\,\mathfrak{f}_0(\varphi)F^{\mu\nu}]=0, \end{equation} \tag{2.2} $$
$$ \begin{equation} R_{\mu\nu}-\frac{1}{2}g_{\mu\nu}R=\frac{\mathfrak{f}_0(\varphi)}{2}\biggl(F_{\mu\rho}F^{\rho}_{\nu}-\frac{1}{4}g_{\mu\nu}F^2\biggr)+{} \nonumber \end{equation} \tag{2.3} $$
$$ \begin{equation} \qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad+\frac{1}{2}\biggl[\partial_{\mu}\varphi\partial_{\nu}\varphi-\frac{1}{2}g_{\mu\nu}(\partial\varphi)^2-g_{\mu\nu}\mathcal{V}(\varphi)\biggr]. \end{equation} \notag $$
Для решения этой системы уравнений мы рассматриваем анзац для метрики, скалярное поле и поле Максвелла вида [15], [16]
$$ \begin{equation} ds^2= B^2(z)\biggl[-g(z)dt^2+d\vec{x}^2+\frac{dz^2}{g(z)}\biggr], \end{equation} \tag{2.4} $$
$$ \begin{equation} \varphi =\varphi(z),\qquad A_{\mu}=(A_t(z),\vec{0},0), \quad B(z)=\frac{e^{A(z)}}{z}, \end{equation} \tag{2.5} $$
где $B(z)$ – фактор деформации, $g(z)$ – функция почернения, $\vec{x}=(x_1,x_2,x_3)$, а $A(z)$ – масштабный фактор, функционально различный для легких и тяжелых кварков. Полные уравнения движения в явном виде представлены в [15]–[20], [34]–[36]. Все функции зависят от голографической координаты $z$. После решения уравнений движения поля́ можно выразить как функции $\varphi$, т. е. $V(z)=\mathcal{V}(\varphi(z))$, $V_\varphi(z)=\mathcal{V}_\varphi(\varphi(z))$ и $f_0(z)=\mathfrak{f}_0(\varphi(z))$.

Для решения уравнений движения (2.2), (2.3) используются стандартные граничные условия:

$$ \begin{equation} A_t(0) = \mu, \quad A_t(z_h) = 0, \end{equation} \tag{2.6} $$
$$ \begin{equation} g(0) = 1, \quad g(z_h) = 0, \end{equation} \tag{2.7} $$
$$ \begin{equation} \;\;\;\varphi(z,z_0)|_{z=z_0}=0. \end{equation} \tag{2.8} $$

Мы выделяем три вида граничных условий, налагаемых на дилатонное поле, задавая $z_0$ в разном виде:

$$ \begin{equation} z_0 =0, \end{equation} \tag{2.9} $$
$$ \begin{equation} z_0 =z_h, \end{equation} \tag{2.10} $$
$$ \begin{equation} z_0 =\mathfrak{z}(z_h), \end{equation} \tag{2.11} $$
где $\mathfrak{z} (z_h)$ – гладкая функция $z_h$. Дилатонное поле с нулевым граничным условием (2.9) обозначается как $\varphi_0(z)$, т. е. $\varphi(z,0)=\varphi_0(z)$, для первого граничного условия (2.10) имеем $\varphi_{z_h}(z)$, второе граничное условие (2.11) определяет $\varphi_\mathfrak{z}(z)$, причем для модели легких кварков
$$ \begin{equation} z_0=\mathfrak{z}_\mathrm{LQ}(z_h)=10 \, e^{-z_h/4}+0.1. \end{equation} \tag{2.12} $$
Для легких кварков калибровочная кинетическая функция взаимодействия и масштабный фактор $A(z)$ могут быть выбраны в виде [15]
$$ \begin{equation} f_0(z)=e^{-c z^2-A(z)},\qquad A(z)=-a\log(bz^2+1), \end{equation} \tag{2.13} $$
где параметры $a = 4.046$, $b = 0.01613$ ГэВ$^2$ и $c=0.227$ ГэВ$^2$ воспроизводят траектории Редже из экспериментов [15].

Для тяжелых кварков калибровочная кинетическая функция и масштабный фактор $A(z)$ заданы как [16], [37]

$$ \begin{equation} f_0(z)=e^{-\mathrm{s} z^2-A(z)},\qquad A(z)=-\frac{\mathrm{s}}{3}z^2- p z^4, \end{equation} \tag{2.14} $$
где параметры $\mathrm{s}= 1.16$ ГэВ$^2$ и $p = 0.273$ ГэВ$^4$ подобраны в соответствии с экспериментальными данными [16]. Второе граничное условие для модели тяжелых кварков предлагается брать в следующем виде [33]:
$$ \begin{equation} z_0= \mathfrak{z}_\mathrm{HQ}(z_h) =e^{-z_h/4} + 0.1. \end{equation} \tag{2.15} $$

При граничных условиях (2.6), (2.7) аналитические решения системы уравнений движения (2.2), (2.3) для легких и тяжелых кварков имеют вид

$$ \begin{equation} \varphi(z)={} \int_{z_0}^{z} dz\, \sqrt{-6\biggl(A''(z)-A'(z)^2+\frac{2}{z}A'(z) \biggr)}, \end{equation} \tag{2.16} $$
$$ \begin{equation} A_t(z)={} \mu\frac{e^{cz^2}-e^{cz^2_h}}{1-e^{cz^2_h}}, \end{equation} \tag{2.17} $$
$$ \begin{equation} g(z)={} 1-\biggl[\int_0^{z_h}y^3e^{-3A}\,dy\biggr]^{-1}\Biggl[\int_0^zy^3 e^{-3A}\,dy-{} \nonumber \end{equation} \notag $$
$$ \begin{equation} -\frac{2c\mu^2}{(1-e^{cz_h^2})^2}\begin{vmatrix} \int_0^{z_h}y^3e^{-3A}\,dy & \int_0^{z_h}y^3e^{-3A}e^{cy^2}\,dy \\ \int_{z_h}^z y^3e^{-3A}\,dy & \int_{z_h}^{z}y^3e^{-3A}e^{cy^2}\,dy \end{vmatrix}\Biggr], \end{equation} \tag{2.18} $$
$$ \begin{equation} V(z)={} -3z^2g e^{-2A}\biggl[A''+3A'^2+\biggl(\frac{3g'}{2g}-\frac{6}{z}\biggr)A'-\frac{1}{z}\biggl(\frac{3g'}{2g}-\frac{4}{z}\biggr)+\frac{g''}{6g}\biggr], \end{equation} \tag{2.19} $$
где штрихом обозначена производная по $z$. Отметим, что для тяжелых кварков параметр $c$ должен быть заменен на $\mathrm{s}$.

2.2. Термодинамика

При рассмотрении метрики (2.4) температура и энтропия выражаются как

$$ \begin{equation} T = \frac{|g'|}{4 \pi} \bigg|_{z=z_h},\qquad s = \frac{B^3 (z_h)}{4}. \end{equation} \tag{2.20} $$
Энтропия монотонно уменьшается с увеличением горизонта. Для получения линии фазового перехода “черная дыра–черная дыра” (или переход типа Хокинга–Пейджа) необходимо посчитать свободную энергию как функцию температуры:
$$ \begin{equation} F = \int_{z_h}^{z_{h_2}} s T'\, dz. \end{equation} \tag{2.21} $$
Рассмотрение неотрицательных значений температуры предполагает, что $z\leqslant z_{h_2}$.

Фазовая диаграмма КХД в плоскости $(\mu,T)$ описывает фазовую структуру квантовой материи в терминах термодинамических параметров и для голографических моделей может быть представлена также в плоскости $(\mu,z_h)$ (см. рис. 1 для легких и тяжелых кварков [33]). Различные фазы, а именно адронная, кваркионная и КГП, обозначены на рис. 1 как $\bigcirc\kern-7pt{\scriptstyle1}\kern4pt$, $\bigcirc\kern-7pt{\scriptstyle2\kern4pt}$ и $\bigcirc\kern-7pt{\scriptstyle3\kern4pt}$, им соответствуют квадрат, круг и треугольник. Сплошные серые линии отвечают постоянным температурам, значения которых для каждой линии представлены в соответствующих рамках. Черными звездочками обозначены пересечения линий фазового перехода первого рода и перехода конфайнмент–деконфайнмент. Полупрозрачный ромб отмечает конечную критическую точку. Рис. 1 описывает физические области голографической модели, рассматриваемые при исследовании свойств бета-функции как функции бегущей константы связи.

GRAPHIC

Рис. 1.Двумерные графики в плоскости $(\mu,z_h)$ для легких кварков (а) и тяжелых кварков (б). Адронная, кваркионная и КГП фазы обозначены $\bigcirc\kern-7pt{\scriptstyle1}\kern4pt$, $\bigcirc\kern-7pt{\scriptstyle2}\kern4pt$ и $\bigcirc\kern-7pt{\scriptstyle3}\kern4pt$ соответственно. Сплошные серые линии характеризуются температурами, указанными в рамках. Пересечения линий перехода конфайнмент–деконфаймент и фазового перехода первого рода отмечены черными звездочками. Полупрозрачным ромбом отмечена конечная критическая точка; $[\mu]=[T]=[z_h]^{-1} =$ ГэВ.

3. Бета-функция

Зависимость бегущей константы связи $\alpha$ от энергетического масштаба физической системы описывается бета-функцией $\beta(\alpha)$. Голографическая бета-функция и бегущая константа связи заданы как [23], [24], [31], [32]

$$ \begin{equation} \beta(\alpha)=3\alpha X, \qquad \alpha(z)=e^{\varphi(z)}, \end{equation} \tag{3.1} $$
где $X$ – новая динамическая переменная, опеределенная как [25]–[27]
$$ \begin{equation} X(z)=\frac{\dot{\varphi} B}{3\dot{B}}. \end{equation} \tag{3.2} $$
Здесь $B$ и $\varphi$ заданы выражениями (2.5) и (2.16) соответственно. Отметим, что функция $X(z)$ не зависит от выбора граничных условий, в то время как голографическая бета-функция и константа связи зависят. Мы обозначаем поле дилатона с нулевым граничным условием при нулевой голографической координате как $\varphi=\varphi_0(z)$, т. е.
$$ \begin{equation} \varphi_0(z)|_{z=0}=0. \end{equation} \tag{3.3} $$
При граничном условии $z=z_0$ поле дилатона может быть выражено как [33]
$$ \begin{equation} \varphi_{z_0}(z)=\varphi_{0}(z)-\varphi_{0}(z_0). \end{equation} \tag{3.4} $$
Для бегущей константы связи имеем
$$ \begin{equation} \alpha_{0}(z) \to\alpha_{z_0}(z)=\alpha_0(z)\mathfrak{G} (z_0), \end{equation} \tag{3.5} $$
$$ \begin{equation} \alpha_0(z) =e^{\varphi_0(z)}, \quad\mathfrak{G} (z_0)=e^{-\varphi_{0}(z_0)}, \end{equation} \tag{3.6} $$
и тогда бета-функция может быть записана как
$$ \begin{equation} \beta_0(z)\to \beta_{z_0}(z)= \beta_0(z)\mathfrak{G} (z_0), \qquad \beta_0(z)=3\alpha_0(z)X(z). \end{equation} \tag{3.7} $$
В то время как $\varphi_{0}(z)$ в нашей модели напрямую не зависит от таких термодинамических величин как $T$ и $\mu$, представляется возможным учесть эту зависимость для бегущей константы связи, определив $z_0$ в терминах $z_h$, т. е. $z_0=\mathfrak{z}(z_h)$, тогда получаем
$$ \begin{equation} \alpha_{\mathfrak{z}}(z;T,\mu)=\alpha_0(z)\mathfrak{G} (T,\mu),\qquad \mathfrak{G} (T,\mu)= e^{-\varphi_{0}(\mathfrak{z}(z_h))}, \end{equation} \tag{3.8} $$
где одним из способов задания зависимости является функция вида $\mathfrak{z}(z_h)=z_h$, а другие заданы экспоненциальными выражениями (2.12) и (2.15) для легких и тяжелых кварков соответственно.

3.1. Бета-функция при разных граничных условиях

Бета-функция $\beta(\alpha)$ для модели легких кварков при $T=0.08$, $\mu=0.43$ и для модели тяжелых кварков при $T=0.532$, $\mu=0.64$ для трех различных типов граничных условий, т. е. (2.9), (2.10) и (2.11), представлена на рис. 2. Поведение $\beta(\alpha)$ существенно не зависит от граничных условий в обеих моделях. По этой причине в настоящей работе мы выбрали первое граничное условие (2.11) для исследования свойств бета-функции $\beta(\alpha)$.

3.2. Бета-функция как функция бегущей константы связи

Трехмерные графики бета-функции $\beta(\alpha;\mu,T)$ для легких кварков при фиксированных значениях $\mu=0.02$ и $\mu=0.3$ и график в увеличенном масштабе при $\mu=0.3$ вблизи температуры фазового перехода первого рода $T=0.113$ представлены на рис. 3. Адронная, кваркионная и КГП фазы обозначены серым, светло-серым и черным цветами соответственно. Плоскость постоянной температуры $T=0.113$ выделена бледно-серым цветом. На рис. 3а показана область “кроссовера”, в которой не возникает фазового перехода первого рода, в то время как происходит фазовый переход конфайнмент–деконфайнмент, при этом функция $\beta(\alpha;\mu,T)$ не имеет скачка из адронной фазы в фазу КГП. Несмотря на то что на рис. 3б непрерывный фазовый переход между кваркионной фазой и фазой КГП происходит без каких-либо скачков, скачок функции $\beta(\alpha;\mu,T)$ имеется при переходе из адронной фазы в кваркионную. Эти скачки бета-функции при фазовом переходе первого рода на различных масштабах (параметризованных голографической координатой $z$) представлены на рис. 3в.

На рис. 3 показано, что зависимость бета-функции от $\alpha$ практически линейная, причем наклон функции зависит от параметров $T$ и $\mu$. Для пояснения такого поведения бета-функция как функция $\alpha$ для легких кварков при различных значениях $\mu$ изображена на рис. 5а (см. ниже).

Для исследования в модели тяжелых кварков скачков бета-функции при фазовом переходе первого рода на разных масштабах, параметризованных голографической координатой $z$, мы приводим бета-функцию $\beta(\alpha;\mu,T)$ при фиксированном значении $\mu=0.3$, а также область этого графика вблизи температуры фазового перехода первого рода $T=0.585$ на рис. 4. Адронная, кваркионная и КГП фазы обозначены серым, светло-серым и черным цветами соответственно. Плоскость при $T=0.585$ представлена бледно-серым цветом. На рис. 4а присутствует фазовый переход конфайнмент–деконфайнмент без скачков между кваркионной фазой и фазой КГП, однако наблюдается скачок между адронной и кваркионной фазами при фазовом переходе первого рода. Более детально этот скачок представлен на рис. 4б, бледно-серая плоскость постоянной температуры $T=0.585$ отвечает фазовому переходу первого рода. Зависимость бета-функции от $\alpha$ на рис. 4 практически линейная с наклоном, зависящим от параметров $T$ и $\mu$. Для ясности мы представили бета-функцию как функцию $\alpha$ при разных значениях $\mu$ на рис. 5б.

Важно отметить, что наши результаты для легких и тяжелых кварков демонстрируют, что при фазовом переходе первого рода бета-функция имеет скачки, величина которых зависит от параметров теории, т. е. $T$ и $\mu$. Фактически бета-функция чувствительна к фазовому переходу первого рода.

На рис. 5 представлен двумерный график бета-функции $\beta= \beta(\alpha)$ легких кварков при $T=0.11$ и тяжелых кварков при $T=0.574$ для разных значений $\mu$. Бета-функция легких кварков $\beta(\alpha)$ на рис. 5а соответствует адронной, кваркионной и КГП фазам при $\mu=0.1,0.3$, $\mu=0.557,1$ и $\mu=2,2.2$ соответственно. В адронной фазе на рис. 5 функция $\beta(\alpha)$ при фиксированном $T$ не зависит от значений $\mu$. Этот результат согласуется с результатами, полученными в [33]. На рис. 5б представлена функция $\beta(\alpha)$ тяжелых кварков при $\mu=0.01,0.1,0.35$, $\mu=0.493,0.55$ и $\mu=1,1.3$ для адронной, кваркионной и КГП фаз соответственно. В адронной фазе для тяжелых кварков функция $\beta(\alpha)$ при фиксированном $T$ зависит от величины $\mu$, что также согласуется с результатами работы [33]. Для всех случаев на рис. 5 бета-функция отрицательна и убывает с ростом $\alpha$. Как для модели легких кварков, так и для модели тяжелых кварков значения бета-функции возрастают при переходе от адронной фазы к кваркионной и затем к фазе КГП. Бета-функция линейно зависит от $\alpha$ во всех случаях, хотя в кваркионной фазе и фазе КГП легких и тяжелых кварков при малых значениях голографической координаты $z$ наблюдаются отклонения от линейного поведения.

Для исследования влияния граничных условий на поведение $\beta(\alpha)$ на рис. 6 представлен двумерный график бета-функции $\beta=\beta(\alpha)$ при использовании второго граничного условия для легких кварков при $T=0.11$ и для тяжелых кварков при $T=0.574$ для одного и того же значения $\mu$ (как на рис. 5). На рис. 6 бета-функция отрицательна, имеет линейное поведение при разных значениях $\mu$ и монотонно убывает с ростом $\alpha$, то же верно и для рис. 5. Главное отличие заключается в том, что на рис. 6 как для модели легких, так и для модели тяжелых кварков бета-функция убывает при переходе из адронной фазы в кваркионную, а затем в фазу КГП.

Для получения физически корректного результата для бета-функции как функции различных параметров теории в моделях легких и тяжелых кварков необходимо учитывать физические области фаз, представленные на рис. 1.

3.3. Сравнение голографической бета-функции и результатов теории возмущений

Бета-функция в КХД в двухпетлевом приближении имеет следующий вид [32], [39]:

$$ \begin{equation} \beta(\alpha)=-b_0 \alpha^{2} - b_1 \alpha^3, \end{equation} \tag{3.9} $$
где
$$ \begin{equation*} b_0=\frac{1}{2\pi}\biggl(\frac{11}{3}N_c - \frac{2}{3} N_f \biggr),\qquad b_1=\frac{1}{8\pi^2}\biggl( \frac{34}{3}N_c^2-\biggl(\frac{13}{3}N_c-\frac{1}{N_f}\biggr)\biggr), \end{equation*} \notag $$
$N_c$ и $N_f$ – число цветов и кварков соответственно. Серыми линиями на рис. 7 представлена бета-функция $\beta(\alpha;\mu,T)$ в двухпетлевой КХД для $T=0$, $\mu=0$ при разных значениях $N_c$ и $N_f$. Голографическая бета-функция для легких кварков (LQ Model) при $\mu=0$, $T=0.003$ отвечает тонкой черной линии, для тяжелых кварков (HQ Model) при $\mu=10^{-5}$, $T=0$ – жирной черной линии. Бета-функция, воспроизводимая с помощью голографии, отрицательна и монотонно убывает с ростом бегущей константы связи $\alpha$, что согласуется с бета-функцией в КХД, полученной в рамках пертурбативных вычислений.

4. Заключение

В этой статье мы рассмотрели бета-функцию в изотропных голографических моделях с дилатонным действием Эйнштейна–Максвелла для легких и тяжелых кварков. Мы исследовали зависимость бета-функции от бегущей константы связи для различных значений химического потенциала и температуры. При фазовых переходах первого рода бета-функция претерпевает скачок, величина которого зависит от температуры и химического потенциала.

Чтобы представить бета-функцию как функцию $\alpha$, мы использовали граничное условие для дилатонного поля. В работе [33] было введено три различных граничных условия, но поскольку в зависимости от выбора граничного условия существенного различия в поведении функции $\beta(\alpha)$ нет, в большинстве случаев было применено только одно из них.

Как для легких, так и для тяжелых кварков мы можем сделать следующие выводы:

Кроме того, функция $\beta(\alpha)$ в адронной фазе демонстрирует различие между случаями легких и тяжелых кварков: она может принимать одинаковые значения при разных значениях $\mu$ в модели легких кварков, в то время как всегда различна для разных значений $\mu$ в модели тяжелых кварков. Это наблюдение находится в согласии с результатами для бегущей константы связи, представленными в работе [33].

Более того, выбор фактора деформации $B(z)$ может оказывать существенное влияние на качественное поведение функции $\beta(\alpha)$. Модифицируя голографическую модель, можно добиться более точного согласования голографической бета-функции с предсказаниями теории возмущений. Мы планируем это сделать в будущей работе. Кроме того, известно, что пространственная анизотропия влияет на температуру фазового перехода в КХД [17], [40]–[42]. Другой тип анизотропии возникает за счет магнитных полей, их влияние на фазовую диаграмму КХД также подтверждено [35], [36], [43]–[48]. Анизотропия такого типа также оказывает эффект на бета-функцию, мы намерены исследовать его в отдельной статье.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Список литературы

1. J. M. Maldacena, “The large $N$ limit of superconformal field theories and supergravity”, Adv. Theor. Math. Phys., 2:2 (1998), 231–252, arXiv: hep-th/9711200  crossref  mathscinet
2. J. Casalderrey-Solana, H. Liu, D. Mateos, K. Rajagopal, U. A. Wiedemann, Gauge/String Duality, Hot QCD and Heavy Ion Collisions, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2014, arXiv: 1101.0618  crossref
3. И. Я. Арефьева, “Голографическое описание кварк-глюонной плазмы, образующейся при столкновениях тяжёлых ионов”, УФН, 184:6 (2014), 569–598  mathnet  crossref  crossref  adsnasa
4. H. J. Boonstra, K. Skenderis, P. K. Townsend, “The domain wall/QFT correspondence”, JHEP, 01 (1999), 003, 17 pp., arXiv: hep-th/9807137  crossref  mathscinet
5. I. Heemskerk, J. Polchinski, “Holographic and Wilsonian renormalization groups”, JHEP, 06 (2011), 031, 28 pp., arXiv: 1010.1264  crossref  mathscinet
6. E. Kiritsis, W. Li, F. Nitti, “Holographic RG flow and the quantum effective action”, Fortsch. Phys., 62:5–6 (2014), 389–454, arXiv: 1401.0888  crossref  mathscinet
7. U. Gürsoy, E. Kiritsis, F. Nitti, L. Silva Pimenta, “Exotic holographic RG flows at finite temperature”, JHEP, 10 (2018), 173, 65 pp., arXiv: 1805.01769  crossref  mathscinet
8. Н. Н. Боголюбов, Д. В. Ширков, Введение в квантовую теорию поля, Гостехиздат, М., 1957  mathscinet  zmath
9. K. G. Wilson, J. Kogut, “The renormalization group and the $\epsilon$ expansion”, Phys. Rept., 12:2 (1974), 75–199  crossref
10. C. G. Callan, Jr., “Broken scale invariance in scalar field theory”, Phys. Rev. D, 2:8 (1970), 1541–1547  crossref
11. K. Symanzik, “Small distance behavior in field theory and power counting”, Commun. Math. Phys., 18 (1970), 227–246  crossref
12. F. R. Brown, F. P. Butler, H. Chen, N. H. Christ, Z. Dong, W. Schaffer, L. I. Unger, A. Vaccarino, “On the existence of a phase transition for QCD with three light quarks”, Phys. Rev. Lett., 65:20 (1990), 2491–2494  crossref
13. O. Philipsen, C. Pinke, “The $N_f=2$ QCD chiral phase transition with Wilson fermions at zero and imaginary chemical potential”, Phys. Rev. D, 93:11 (2016), 114507, 7 pp., arXiv: 1602.06129  crossref
14. W.-j. Fu, J. M. Pawlowski, F. Rennecke, “QCD phase structure at finite temperature and density”, Phys. Rev. D, 101:5 (2020), 054032, 58 pp., arXiv: 1909.02991  crossref  mathscinet
15. M.-W. Li, Y. Yang, P.-H. Yuan, “Approaching confinement structure for light quarks in a holographic soft wall QCD model”, Phys. Rev. D, 96:6 (2017), 066013, 17 pp., arXiv: 1703.09184  crossref  mathscinet
16. Y. Yang, P.-H. Yuan, “Confinement-deconfinement phase transition for heavy quarks in a soft wall holographic QCD model”, JHEP, 12 (2015), 161, 21 pp., arXiv: 1506.05930  mathscinet
17. I. Aref'eva, K. Rannu, “Holographic anisotropic background with confinement-deconfinement phase transition”, JHEP, 05 (2018), 206, 56 pp., arXiv: 1802.05652  crossref  mathscinet
18. И. Я. Арефьева, К. А. Ранну, П. С. Слепов, “Анизотропное решение в голографической модели для легких кварков во внешнем магнитном поле”, ТМФ, 210:3 (2022), 416–421  mathnet  crossref  crossref  mathscinet  adsnasa
19. I. Ya. Aref'eva, K. Rannu, P. Slepov, “Holographic anisotropic model for light quarks with confinement-deconfinement phase transition”, JHEP, 06 (2021), 090, 27 pp., arXiv: 2009.05562  crossref  mathscinet
20. И. Я. Арефьева, К. А. Ранну, П. С. Слепов, “Анизотропные решения в голографической модели для тяжелых кварков с внешним магнитным полем”, ТМФ, 207:1 (2021), 44–57  mathnet  crossref  crossref  mathscinet  adsnasa
21. O. Andreev, V. I. Zakharov, “Heavy-quark potentials and AdS/QCD”, Phys. Rev. D, 74:2 (2006), 025023, 6 pp., arXiv: hep-ph/0604204  crossref
22. I. Aref'eva, “Holography for heavy ions collisions at LHC and NICA”, EPJ Web Conf., 164 (2017), 01014, 20 pp., arXiv: 1612.08928  crossref
23. U. Gursoy, E. Kiritsis, “Exploring improved holographic theories for QCD: Part I”, JHEP, 02 (2008), 032, 56 pp., arXiv: 0707.1324  crossref  mathscinet
24. U. Gursoy, E. Kiritsis, F. Nitti, “Exploring improved holographic theories for QCD: Part II”, JHEP, 02 (2008), 019, 75 pp., arXiv: 0707.1349  crossref  mathscinet
25. И. Я. Арефьева, “Голографический ренормгрупповой поток”, ТМФ, 200:3 (2019), 452–464  mathnet  crossref  crossref  mathscinet  adsnasa
26. И. Я. Арефьева, К. Ранну, “Голографический ренормгрупповой поток в анизотропной среде”, ТМФ, 202:2 (2020), 312–324  mathnet  crossref  crossref  mathscinet  adsnasa
27. I. Ya. Aref'eva, A. A. Golubtsova, G. Policastro, “Exact holographic RG flows and the $A_{1} \times A_{1}$ Toda chain”, JHEP, 05 (2019), 117, 50 pp., arXiv: 1803.06764  crossref  mathscinet
28. A. A. Golubtsova, M. K. Usova, “Stability analysis of holographic RG flows in 3d supergravity”, Eur. Phys. J. Plus, 138:3 (2023), 260, 18 pp., arXiv: 2208.01179  crossref
29. K. Arkhipova, L. Astrakhantsev, N. S. Deger, A. A. Golubtsova, K. Gubarev, E. T. Musaev, “Holographic RG flows and boundary conditions in a 3D gauged supergravity”, Eur. Phys. J. Plus, 84:6 (2024), 560, 25 pp., arXiv: 2402.11586  crossref
30. A. W. Peet, J. Polchinski, “UV-IR relations in AdS dynamics”, Phys. Rev. D, 59:6 (1999), 065011, 5 pp., arXiv: hep-th/9809022  crossref  mathscinet
31. J. de Boer, E. P. Verlinde, H. L. Verlinde, “On the holographic renormalization group”, JHEP, 08 (2000), 003, 15 pp., arXiv: hep-th/9912012  crossref  mathscinet
32. S. He, M. Huang, Q.-S. Yan, “Logarithmic correction in the deformed AdS$_5$ model to produce the heavy quark potential and QCD beta function”, Phys. Rev. D, 83:4 (2011), 045034, 14 pp., arXiv: 1004.1880  crossref
33. I. Ya. Aref'eva, A. Hajilou, P. Slepov, M. Usova, Running coupling beta-functions for HQCD with heavy and light quarks: Isotropic case, arXiv: 2402.14512
34. I. Ya. Aref'eva, K. A. Rannu, P. S. Slepov, “Dense QCD in magnetic field”, Phys. Part. Nucl. Lett., 20:3 (2023), 433–437  mathnet  crossref
35. I. Ya. Aref'eva, K. Rannu, P. Slepov, “Holographic model for heavy quarks in anisotropic hot dense QGP with external magnetic field”, JHEP, 07 (2021), 161, 31 pp., arXiv: 2011.07023  crossref  mathscinet
36. I. Ya. Aref'eva, A. Ermakov, K. Rannu, P. Slepov, “Holographic model for light quarks in anisotropic hot dense QGP with external magnetic field”, Eur. Phys. J. C, 83:1 (2023), 79, 21 pp., arXiv: 2203.12539  crossref
37. I. Ya. Aref'eva, A. Hajilou, K. Rannu, P. Slepov, “Magnetic catalysis in holographic model with two types of anisotropy for heavy quarks”, Eur. Phys. J. C, 83:12 (2023), 1143, 28 pp., arXiv: 2305.06345  crossref
38. H. J. Pirner, B. Galow, “Equivalence of the AdS-metric and the QCD running coupling”, Phys. Lett. B, 679:1 (2009), 51–55, arXiv: 0903.2701  crossref
39. T. van Ritbergen, J. A. M. Vermaseren, S. A. Larin, “The four-loop $\beta$-function in quantum chromodynamics”, Phys. Lett. B, 400:3–4 (1997), 379–384, arXiv: hep-ph/9701390  crossref
40. I. Aref'eva, K. Rannu, P. Slepov, “Orientation dependence of confinement-deconfinement phase transition in anisotropic media”, Phys. Lett. B, 792 (2019), 470–475, arXiv: 1808.05596  crossref
41. I. Ya. Aref'eva, A. Patrushev, P. Slepov, “Holographic entanglement entropy in anisotropic background with confinement-deconfinement phase transition”, JHEP, 07 (2020), 043, 59 pp., arXiv: 2003.05847  crossref  mathscinet
42. Y. Chen, X. Chen, D. Li, M. Huang, Deconfinement and chiral restoration phase transition under rotation from holography in an anisotropic gravitational background, arXiv: 2405.06386
43. U. Gursoy, M. Jarvinen, G. Nijs, “Holographic QCD in the Veneziano limit at a finite magnetic field and chemical potential”, Phys. Rev. Lett., 120:24 (2018), 242002, 6 pp., arXiv: 1707.00872  crossref
44. H. Bohra, D. Dudal, A. Hajilou, S. Mahapatra, “Anisotropic string tensions and inversely magnetic catalyzed deconfinement from a dynamical AdS/QCD model”, Phys. Lett. B, 801 (2020), 135184, 11 pp., arXiv: 1907.01852  crossref  mathscinet
45. D. Dudal, A. Hajilou, S. Mahapatra, “A quenched 2-flavour Einstein–Maxwell–Dilaton gauge-gravity model”, Eur. Phys. J. A, 57:4 (2021), 142, 4 pp., arXiv: 2103.01185  crossref
46. P. Jain, S. S. Jena, S. Mahapatra, “Holographic confining-deconfining gauge theories and entanglement measures with a magnetic field”, Phys. Rev. D, 107:8 (2023), 086016, 31 pp., arXiv: 2209.15355  crossref  mathscinet
47. H. Bohra, D. Dudal, A. Hajilou, S. Mahapatra, “Chiral transition in the probe approximation from an Einstein–Maxwell–dilaton gravity model”, Phys. Rev. D, 103:8 (2021), 086021, 16 pp., arXiv: 2010.04578  crossref  mathscinet
48. I. Ya. Aref'eva, A. Hajilou, A. Nikolaev, P. Slepov, “Holographic QCD running coupling for light quarks in strong magnetic field”, Phys. Rev. D, 110 (2024), 086021, 9 pp., arXiv: 2407.11924  crossref

Образец цитирования: И. Я. Арефьева, А. Хаджилу, П. С. Слепов, М. К. Усова, “Бета-функция в голографических моделях КХД”, ТМФ, 221:3 (2024), 615–628; Theoret. and Math. Phys., 221:3 (2024), 2132–2143
Цитирование в формате AMSBIB
\RBibitem{AreHajSle24}
\by И.~Я.~Арефьева, А.~Хаджилу, П.~С.~Слепов, М.~К.~Усова
\paper Бета-функция в голографических моделях КХД
\jour ТМФ
\yr 2024
\vol 221
\issue 3
\pages 615--628
\mathnet{http://mi.mathnet.ru/tmf10794}
\crossref{https://doi.org/10.4213/tmf10794}
\mathscinet{https://mathscinet.ams.org/mathscinet-getitem?mr=4843345}
\adsnasa{https://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/bib_query?2024TMP...221.2132A}
\transl
\jour Theoret. and Math. Phys.
\yr 2024
\vol 221
\issue 3
\pages 2132--2143
\crossref{https://doi.org/10.1134/S0040577924120080}
\scopus{https://www.scopus.com/record/display.url?origin=inward&eid=2-s2.0-85212970674}
Образцы ссылок на эту страницу:
  • https://www.mathnet.ru/rus/tmf10794
  • https://doi.org/10.4213/tmf10794
  • https://www.mathnet.ru/rus/tmf/v221/i3/p615
  • Эта публикация цитируется в следующих 2 статьяx:
    Citing articles in Google Scholar: Russian citations, English citations
    Related articles in Google Scholar: Russian articles, English articles
    Теоретическая и математическая физика Theoretical and Mathematical Physics
    Статистика просмотров:
    Страница аннотации:457
    PDF полного текста:46
    HTML русской версии:135
    Список литературы:89
    Первая страница:39
     
      Обратная связь:
     Пользовательское соглашение  Регистрация посетителей портала  Логотипы © Математический институт им. В. А. Стеклова РАН, 2026