大同位旋密度下的格点量子色动力学：盒中的 6144 个介子

我们提出一种从格点量子色动力学（QCD）计算具有多个全同介子量子数的系统关联函数的算法。该算法数值稳定，并使用单次 $N \times N$ 矩阵分解即可计算 $n \in \{ 1, \dots, N\}$ 的 $n$-介子关联函数，改进了先前的算法。我们将该算法应用于多达 6144 个 $\pi^+$ 的关联函数计算，使用了两组规范场组态系综，其夸克质量对应介子质量 $m_\pi = 170$ MeV，时空体积分别为 $(4.4^3\times 8.8)\ {\rm fm}^4$ 与 $(5.8^3\times 11.6)\ {\rm fm}^4$。我们还讨论了此类系统的统计分析技术，其中关联函数跨越多个数量级变化。特别地，我们观察到多介子关联函数可由对数正态分布很好地近似，从而可提取这些系统的能量。利用这些能量，我们探索了 QCD 相图的大同位旋密度、零重子密度区域。在同位旋化学势 $\mu_I\sim 1.5 m_\pi$ 处观测到能量密度峰值，标志着向玻色-爱因斯坦凝聚相的过渡。介质中的等熵声速在较宽化学势范围内超过理想气体（共形）极限（$c_s^2\leq 1/3$），随后在 $\mu_I\sim 15 m_\pi$ 处趋于渐近预期。这些及其他热力学可观测量表明，同位旋化学势须足够大，系统才能由理想气体或微扰 QCD 很好地描述。