Magnetotransport phenomena in QCD matter with heavy-quark impurities

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03948
• 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: Osaka University (2021-2023); Kyoto University (2020)
• Principal Investigator: Hattori Koichi 大阪大学, 核物理研究センター, 協同研究員 (10730252)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 強磁場 / 近藤効果 / ディラック粒子 / カイラル対称性 / クォーク・グルーオンプラズマ

Outline of Final Research Achievements

We studied the phase structure of a fermion system governed by the Dirac equation under a strong magnetic field. The phase structure becomes rich when there is competition between the chiral condensate and the Kondo condensate. We suggested the existence of a new quantum critical point at a certain critical magnetic field strength, where vacuum switches over from the one dominated by the chiral condensate　to the one dominated by the Kondo condensate. We proposed two observable behaviors that serve as signals of the competition phenomenon. First, the chiral condensate saturates at a constant value beyond the critical magnetic field. Second, the chiral condensate exhibits a peculiar increase as temperature increases above the critical temperature for the Kondo condensate; The chiral condensate is liberated from the competition.　These findings suggest experimental and numerical confirmation by using multilayer graphene and lattice QCD simulations.

Free Research Field

高エネルギー核物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

この研究成果の意義は、強磁場下でのディラックフェルミオン系におけるカイラル凝縮と近藤凝縮の競合効果を明らかにし、新たな量子臨界点の存在を示唆した点にある。従来の研究では、これらの効果が個別に研究されていたが、本研究ではその競合に初めて着目し、相構造を詳細に解析した。近年の物性実験ではディラック方程式に従う準粒子が多く発見されているため、量子色力学で記述されるクォーク物質から物性分野に跨る強相関系の新たな方向性を示唆している。特に、カイラル凝縮が強磁場で一定値に飽和する現象や、特異な増加を示すことを競合のシグナルとして提案し、多層グラフェンでの実験的実現の可能性を議論した。