Gauge-invariant Higgs mechanism and color confinement for non-Abelian gauge theories in the presence of matter fields

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03840
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Kondo Kei-Ichi 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (60183042)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柴田 章博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 計算科学センター, 研究機関講師 (30290852)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: クォークの閉じ込め / グルーオンの閉じ込め / カラー閉じ込め / 双対超伝導 / 場の量子論の非摂動的方法 / 磁気単極子 / 複素特異点

Outline of Final Research Achievements

In the SU (2) Yang-Mills theory with the added gauge-invariant mass term of the gluon field obtained through a gauge-independent description of the Brout-Englert-Higgs mechanism proposed by us, we have found a solution for a magnetic monopole that corresponds to the 't Hooft-Polyakov magnetic monopole. 　We also discovered a new type of Dyon solution that has both magnetic and electric charges corresponding to the Julia-Zee Dyon solution, and suggested the relationship with the deconfined phase transition at finite temperature.
We also showed that the dual superconductor for quark confinement is type I by finding the distribution of the gauge-invariant color electric field connecting quarks and antiquarks measured by numerical simulation.

Free Research Field

素粒子論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

物質を構成する原子のなかで，電子を除く原子核を構成する陽子や中性子は，クォークと呼ばれる素粒子が強い相互作用を担うグルーオンと呼ばれる素粒子によって結び付けられて存在していると考えられている。しかし，クォークやグルーオンは，陽子や中性子を含むメソン，バリオンなどのハドロンやグルーボールなどと呼称される，それらを基本的構成要素とする束縛状態としてのみ観測され，単体としては取り出されていない。これを「クォークの閉じ込め」と呼ぶ。この機構を解明することは，素粒子物理学のみならず，我々がどのようにしてこの宇宙に存在しているのかという根源的な疑問に答えるために重要であり，我々の研究は一つの解答を与える。