QCD phase diagram under an external magnetic field

Abstract

Neste trabalho é investigado o impacto de um campo magnético externo na estrutura do diagrama de fases da Cromodinâmica Quântica (QCD). O estudo é realizado utilizando o modelo efetivo de Nambu–Jona-Lasinio para três sabores acoplado ao loop de Polyakov (modelo de PNJL). A interação de entanglement (modelo de EPNJL) na presença de um campo magnético é também estudada. Ambas as transicões quiral e de desconfinamento na presença de um campo magnético externo podem ser analisadas usando os modelos de PNJL e EPNJL. Para o modelo de EPNJL é verificado que a coincidência das temperaturas pseudocríticas de ambas as transições quiral e de deconfinamento dependem da parametrização da interação de entanglement. É realizado um estudo sistemático do efeito de um campo magnético externo nas transições quiral e de desconfinamento a potencial químico bariónico nulo, e.g., calculando a dependência das temperaturas pesudocríticas com a intensidade do campo magnético. O impacto de um campo magnético externo no comportamento do quark estranho é analizado detalhadamente. É mostrado que a temperatura pseudocrítica associada à transição quiral do quark estranho é pouco sensível à presença de um campo magnético externo. Além disso, a sua grande massa corrente torna o quark estranho pouco sensíıvel ao termo de ’t Hooft, contrariamente à forte influência que tem nos quarks leves. Ambos os modelos de PNJL e EPNJL prevêem o efeito de Catálise Magnética a qualquer temperatura, mas não reproduzem o efeito de Catálise Magnética Inversa (CMI) em redor da temperatura pseudocrítica de transição, obtido em resultados recentes da LQCD. Mostramos que é possível reproduzir a CMI se a intensidade da interação entre quarks diminuir com o campo magnético. Propomos dois mecanismos que reproduzem o efeito de CMI, que assumem o enfraquecimento da constante de acoplamento da interação escalar com o aumento da intensidade do campo magnético. O diagrama de fases é calculado para vários cenários de isospin e estranhesa, com especial ênfase na localização do ponto crítico. Partindo do modelo que reproduz qualitativamente os resultados da LQCD a potencial químico bariónico nulo, introduzimos no modelo de PNJL um potencial químico bariónico $μ_B$ finito e estudamos o impacto de um campo magnético externo na estrutura do diagrama de fases T − $μ_B$ da QCD. Para uma intensidade de campo magnético superior a 0.3 GeV2, é mostrado que devido ao efeito da CMI a temperatura do ponto crítico varia ligeiramente, enquanto o potencial químico bariónico se move para valores menores, tornando mais acessível a possível detecção experimental do ponto crítico.

In this work the impact of an external magnetic field on the phase diagram structure of Quantum Chromodynamics (QCD) is investigated. The study is performed using the three-flavor Nambu–Jona-Lasinio (NJL) effective model coupled to the Polyakov loop (PNJL model). The entanglement interaction (EPNJL model) in a magnetic field presence is also studied. Both the chiral and deconfinement transitions under the presence of an external magnetic field can be analyzed within the PNJL and the EPNJL models. For the EPNJL model it is found that the coincidence of both chiral and deconfinement pseudocritical temperatures depends on the entanglement interaction parametrization. We do a systematic study on the effect of an external magnetic field on the chiral and the deconfinement transitions at zero baryonic chemical potential, e.g., calculating the pseudocritical temperatures dependence on the magnetic field strength. The impact of the external magnetic field on the strange quark behavior is also deeply analyzed. It is shown that the strange pseudocritical transition temperature is less sensitive to the magnetic field than the light quarks, due to the larger strange quark current mass. Furthermore, its large current mass also makes the strange quark less sensitive to the ’t Hooft term, as opposed to the strong influence it has on the light quarks. Both the PNJL and the EPNJL models predict the Magnetic Catalysis effect at any temperature, and thus do not reproduce the Inverse Magnetic Catalysis (IMC) effect near the pseudocritical transition temperature, as seen in recent LQCD results. We show that the IMC is obtained if the interaction strength between quarks decreases with the magnetic field. We propose two mechanisms that reproduce the IMC effect, which assume a weakening of the scalar coupling with increasing magnetic field strength. The phase diagram is calculated for several scenarios of isospin and strangeness, with special emphasis on the location of the Critical End Point (CEP). Starting from the model that reproduces qualitatively the LQCD results at zero baryonic chemical potential, we introduce in the PNJL model a finite baryonic chemical potential µB and study how the magnetic field affects the structure of the T − µB diagram of QCD. For a magnetic field strength above 0.3 GeV2 , it is shown that, due to the IMC effect, the CEP temperature almost does not change while the CEP baryonic chemical potential moves to smaller values, making a possible detection of the CEP in the laboratory more accessible.