The saga of rooted staggered quarks

Link: https://quark.phy.bnl.gov/~creutz/mypubs/unpub7.html

Michael Creutz

Sammanfattning:

Jag tittar på böka kontroverser från ett historiskt perspektiv och se hur jag har kommit till slutsatsen att dessa simuleringar där vacklade kvarkar måste kasseras.

Gallret mäta gemenskapen har nyligen varit drabbade med en extremt bitter kontrovers över en populär algoritm för att studera icke-perturbtiva interaktioner mellan kvarkar och gluoner. Denna strategi, som bygger på något som kallas “vacklade” kvarkar, tillsammans med en okontrollerad tillnärmning att justera antalet dynamiska “smaker” har kommit att bli en viktig del av OSS gitter QCD ansträngning. Men på grund av den enorma ansträngning att sätta in simuleringar med denna algoritm, utövare har varit ovilliga att ärligt undersöka teoretiska frågor i samband med strategi, som dogmatiskt hävdar att det måste bli exakt i det kontinuum gräns. Tyvärr är detta omöjligt på grund av att en felaktig hantering av de viktigaste icke-perturbtiva effekter. Många av världens gitter teoretiker har insett detta problem, men utövare av metoden har inte. Här vill jag se på problemet från ett historiskt perspektiv och se hur jag har kommit till slutsatsen att dessa simuleringar där vacklade kvarkar måste kasseras.

Viktiga frågor började förstås under den teoretiska revolutioner i mitten av 1970-talet. I denna period, strax efter QCD, quark sammanhållande dynamik av kvarkar och gluoner, var formulerade, det var insåg snabbt att det var många fenomen i kvantfältteori som inte kunde förstås i termer av konventionella störningsteori. Dessa ingår solitoner, instantons, förlossning, och dualiteter mellan ytligt ganska distinkt fält teorier. Bland de mer överraskande resultaten av perioden var det faktum att QCD hade ytterligare en icke-perturbtiva parameter, vanligen uttryckt som den så kallade CP bryter mot vinkeln theta. Den fysik som gör att denna parameter visas är kärnan i problemet med förskjutna fermioner.

Hur theta träder i fysiska processer är subtila, och under åren tillfällig spekulationer har gjorts att dess effekter kan försvinna i den regularized fält teori. Jag gjorde själv ett sådant förslag i ett papper med T. Tudron (Phys.Rev.D16:2978,1977). Jag vet nu att detta inte är sant.

Böka frågan är associerad med en viss fermion formulering som har en inneboende förfall i antal fermioner. I synnerhet den enkla vacklade fermion formulering har fyra arter. Böka recept är att ersätta fermion avgörande för varje smak med sin fjärde roten i hopp om att detta kommer att ge effekten av en enda smak. Som jag diskuterar inom kort, detta mutilates viktiga aspekter av icke-perturbtiva fysik.

Under hela 1980-talet gitter gaugeteori växte snabbt med den ökande insikten om att det accepteras kvantitativa beräkningar oberoende av störningsteori. Men avsaknaden av stora mängder av datorer som behövs för dynamiska fermion simuleringar innebar att böka problemet inte uppstår. Och även utan fermioner, förekomsten av ett tecken på problem som ger stora numeriska avbokningar förhindras direkta studier av theta-beroende. Jag noterar att det är inte detta tecken problemet som är problemet med att böka; snarare är det en felaktig behandling av fenomen som gör theta en fysisk parameter, och dessa fenomen är närvarande även när theta försvinner.

Det var inte förrän 1995 som jag insåg att theta lätt kan förstås genom sin roll i en effektiv kirala Lagrangians. Detta var inte en särskilt ny idé, det var bara det att jag personligen hade inte förstått det innan. I Phys.Rev.D52:2951-2959,1995 (arXiv:hep-th/9505112). Jag har diskuterat detta i termer av den ärevördiga linjär sigma modell för pioner. Detta bygger på bilden av en energi som liknar en “Mexikansk hatt” eller “en flaska vin från botten.” Vakuum är degenererad och ljuset pioner representerar området svängningar kring detta minst potential. Till detta kan man införliva massorna som ett “tilt” i den potentiella gynnar en viss riktning i området utrymme. Men man kan gå vidare och fråga hur gör en kvark massa skillnaden ändra denna bild. Detta ger upphov till högre ordningens effekter som “warp” – potential i en kvadratisk sätt. En vindar upp med tre parametrar: tilt, varpen, och det faktum att dessa effekter behöver inte vara i samma riktning. Dessa parametrar karta i en icke-linjär väg till de mer konventionella parametrar, den stora massan av upp-och ner-kvarkar och en stark CP vinkeln theta. Denna enkla intuitiva tolkningen övertygat mig om att theta faktiskt haft fysisk mening.

potential att ge spontant symmetribrott att bryta

Fig. 1: Vår förståelse av pionic fysik bygger på spontan bryta av kirala symmetri. Pioner är excitationer av en kvark kondensat runt en nästan urarta minimum. Quark massorna förvränga denna potential. Upp-kvark massa, ner kesella massa, och theta karta icke-linjärt på en tippning av potential, en kvadratisk skevhet, och en vinkel mellan dessa två effekter.

Justera skevhet tillåter en att avslöja några ganska intressant fenomen. I synnerhet rör sig i parameter utrymme blir det möjligt att manipulera isolerade men nästan urarta minima och avslöja förekomsten av första ordningens fasövergångar. I termer av vinkeln theta, dessa inträffar på pi. Denna uppsats diskuterar kortfattat går att smaksätta grupper som är större än SU(2), och hävdar att dessa först för övergångar på theta=pi är ett universellt fenomen när flera kvarkar är degenererad.

Vid denna punkt mina misstankar om att böka började stelna. I den kirala Lagrangian språk, är det naturligt att tänka på massorna som komplexa tal med theta som är kopplade till deras fas. Ge N_f smaker en gemensam massa med en gemensam fas, den fysiska theta är antalet smaker gånger denna fas vinkel. I den komplexa massan planet, de första för övergången på theta-pi yttrar sig som N_f motsvarande första ordningens fasövergångar att gå på ursprung. Betraktas som en funktion av N_f, detta är en mycket icke-analytiska beteende, med en ny övergång visas för varje ny smak. Nu orotad vacklade fermioner har fyra arter, så som man förväntar sig att fyra övergångar möte på ursprung. Böka recept för att ta den fjärde roten fermion faktor hoppas att efterlikna effekterna av en enda smak. Tar roten av fermion determinant är en ganska smidig process, och jag var förbryllad hur detta skulle kunna minska dessa fyra övergångar till en enda.

Ett naturligt sätt att utforska detta ytterligare är att beakta flera olika smaker i den kirala Lagrangian och utforska beteende som de är gjorda av icke-degenererad. I arXiv:hep-th/0303254 jag presenterade fas diagram av tre smak (QCD) som en funktion av upp, ner, och konstigt quark massorna, alla höll riktigt. Strukturen är ganska rik, med vissa regioner uppvisar spontana CP kränkning. De var efterlängtade mycket tidigare genom Dashen, och alla inträffat där konventionella vinkeln theta var pi.

tre smak fasdiagram

Fig. 2: fas-diagram för tre smak (QCD) som en funktion av upp-och ner-kvark massorna fast konstigt quark massa. De skuggade områdena svarar för den spontana CP kränkning som inträffat i theta-pi. Avståndet mellan fas övergången rader och diagram axlarna missat böka förfarande.

Ett särskilt intressant inslag i denna fas diagrammet är det faktum att inget speciellt händer när bara en enda kvark massa passerar noll. Eftersom gruppen är SU(N_f) och U(N_f), förekomsten av icke-noll-värden för de andra quark massorna stabiliseras vakuum i en region när bara en massa små. Detta ledde mig till att fråga om det fanns någon fysisk mätning man kan göra för att avgöra om en kvark massa var verkligen noll. Jag skulle kunna tänka sig ingen, och föreslagit att en försvinnande kvark massa kan inte vara en fysisk koncept. Detta dokument lämnades in till Physical Review D.

Det är där saker och ting började bli komplicerat. Det var en gemensam lore att om upp-kvark massa skulle försvinna, då problemet med varför theta verkade vara fenomenologiskt mycket liten skulle lösas. Jag sa att detta lore som kan vara fel. Detta körde domarna nötter, med uttalanden som “jag är något oroad över att de fel som är så uppenbart.” Efter många liknande dräpande kommentarer pappret gick till en avdelad redaktör för PR, som upprätthöll sin åsikt. På avslag tog jag ett papper och dela upp den i två delar, en på fasdiagram och den andra på den försvinnande massa problem. Dessa båda dök upp i Physical Review Letters, Phys.Rev.Lett.92:201601,2004 (arXiv:hep-lat/0312018), och Phys.Rev.Lett.92:162003,2004 (arXiv:hep-ph/0312225). Jag inte dra några intensiva glädje av att ha vänt ett avvisat PR papper i två PRL ‘ s. Det tycks dock som mycket av den teoretiska community fortfarande inte förstår eller tror på det här att ta på den frågan. En av mina presentationer på temat kan ses online här.

En fråga som uppstår på om man kan använda den topologiska känslig mätare fält som ett verktyg för att definiera en massless kesella. Naivt om quark massa försvinner, fermion faktor kommer att försvinna när det är icke-trivial topologi. Så mitt påstående skulle vara felaktig om den topologiska känslighet i sig är dåligt definierade. Detta skulle kräva att de slingrande antal mätaren fält är också sjuk definieras. Mycket tidigare Luscher hade visat att om mätaren områden som var tillräckligt jämn för den topologiska antal skulle kunna ges en unik gitter definition. Hans jämnhet villkor spelar också en roll med Neuberger är överlappar operatör, som sedan ger en unik index-sats rör slingrande nummer med noll lägen av Dirac operatör. Detta ledde mig till att utforska konsekvenserna av denna jämnhet skick och att inse i Phys.Rev.D70:091501,2004 (arXiv:hep-lat/0409017), att tvinga saker och ting för att vara så smidig som krävs Hamiltonianen att vara icke-Hermitean. Men om man inte införa den jämnhet skick, att det skulle finnas mäta konfigurationer där index i samband med överlappning operatör berodde på den kärna som används för att definiera det. Alltså, trots sin teoretiska elegans, som överlappar varandra aktör inte lösa problemet med att definiera en massless kesella.

Stapplade kvarkar nu bekräfta bilden. Om böka från fyra smaker ner till en var korrekta, skulle detta tvinga fram en singularitet i teorin som en enda massa kesella går genom noll. Den underliggande kirala symmetri säger att quark kondens i samband med en massless quark måste försvinna. Detta står i direkt motsättning till den enkla kirala Lagrangian analys, som säger att den tyngre kvarkar stabilisera detta kondensat vid en icke-noll värde. Detta var tillräckligt för att övertyga mig om att böka vacklade kvarkar kunde inte vara korrekt.

Under tiden stora vacklade simuleringar skulle fortsätta. Utövare medgav att det fanns ett antagande om att böka var korrekt, och som presenteras olika fasader av formalism till stöd för sin ansökan om rimligheten i det kontinuum gräns. Informellt jag ofta klagat på detta, men var tveksam till att publicera något så negativt. En av mina diskussioner om frågan kan ses här. Så småningom anspråk vacklade förespråkar blev så upprörande att jag kände att jag var tvungen att vara mer aggressiva. Jag pressades ytterligare genom uttalanden som om någon hade problem med förskjutna kvarkar, de behövs för att skriva upp dem. På den tiden jag var alltför naiv för att uppskatta hur envis typ av vissa personligheter inblandade skulle innebära att dessa argument skulle kunna avfärdas utan en seriös diskussion. Som med upp-kvark massa problem, detta är en av de situationer där en person utan besittningsrätt skulle vara sjuk rekommenderas att utmana konventionell lore.

Så jag lämnade in ett papper, arXiv:hep-lat/0603020, som pekar på den bristande samstämmigheten mellan böka och den förväntade kirala beteende. Detta var snabbt avvisas av PRL som har en policy om att inte publicera intressanta och kontroversiella artiklar. Efter att överföra det till PR, saker som fastnade, med många domare helt enkelt vägrar att svara. Efter ungefär ett år och åtta domare rapporter, några positiva och några negativa, PR bestämde sig för att de inte publicerar intressanta och kontroversiella papper heller. Jag gjorde inte ta detta dröjsmål vänligt och skrev papper med den provocerande titeln “Det onda som är böka.” Detta var ganska snabbt accepterad av Physics Letters (Phys.Lett.B649:230-234,2007) (arXiv:hep-lat/0701018), även om titeln var mollified på redaktörens förslag. Detta brev var tillsammans med en vederläggning av Bernard, Golterman, Shamir och Sharpe, och det var ytterligare tillsammans med mitt svar pekar ut flera av sina misstag.

Det främsta beviset för att mina argument var att ja, böka, som inte ger fel kirala beteende, så bör man hålla sig borta från den kirala regionen innan kontinuum gräns tas. Detta verkar lite märkligt med tanke på att ett av de viktigaste motiven för vacklade kvarkar är att de upprätthåller en kvarleva kirala symmetri. Och för en minskning till en smak teori detta är särskilt misstänker eftersom att teorin inte har någon kirala symmetri och inget begrepp om en kiral gräns. Men frågan är inte den kirala gräns, för det är en felaktig behandling av fysik relaterade till theta.

Medan detta pågick var jag chef för programmet kommittén för 2006 Gitter, som hölls i Tucson. Frågan om en presentation om successiva fermioner kom upp, och eftersom metoden är bevisligen fel, jag vägrade att ha något att göra med schemaläggning en sådan diskussion. En av kommitténs ledamöter, som är bland de starkaste förespråkarna för att böka, bad mig att recuse mig från diskussionen, medan vissa andra medlemmar av kommittén starkt motsatt sig den förskjutna community attityd av “antingen bevisa att den 1/4-te roten som är fel, eller håll käften.” Dock, resten av utskottet beslutade att det ska vara en sådan prata och gick vidare utan att mitt engagemang för att ordna det. Att prata var snarare en besvikelse, bara för att återanvända den gamla hand vinka “rimlighet” argument och i princip ignorera mina klagomål. Jag lade fram min synpunkt i en affisch på detta möte: PoS LAT2006:208,2006 (arXiv:hep-lat/0608020). Det var efter denna tidpunkt att förespråkarna av böka upphörde någon diskussion i frågan med mig. De hade bestämt sig att jag hade fel och skulle inte tänka på det något mer.

Under denna period började jag bli medveten om en ganska allvarlig spricka mellan USA och Europa i attityder till detta ämne. Jag höll ett föredrag på “Det Onda som är Böka” vid ett möte i Spanien och finns invändningar från endast två av deltagarna. En av dem var, och jag anser fortfarande, villig att överväga frågor medan den andra är orubbligt med envis camp.

Under diskussionerna för programmet på Gallret 2007, som jag var på den Internationella Rådgivande Kommittén, uppstod frågan om huruvida det bör finnas diskussioner om de förskjutna fråga. Det var klart att, eftersom det i mångas ögon var frågan inte är löst, jag var tvungen att prata om ämnet. Normalt en IAC medlem inte skulle ge en kammaren, så jag antog att jag bara skulle ge ett parallellt prata om ämnet. Men överläggningar med den lokala organisationskommittén bestämde mig för att det skulle vara två tillbaka kammaren samtal, ett från mig på de problem och en att motbevisa mig och också sammanfatta de senaste resultaten från metoden.

Jag omformulerade mina argument i termer av ‘t Hooft vertex, något som är avgörande för förståelsen av hur theta beroende av QCD fungerar. Medan man tidigare hade jag inte påstod sig ha bevis, här har jag visade specifika icke-perturbtiva effekter som måste komma ut fel, även i kontinuum gräns. Detta bevis visas i den talan (arXiv:0708.1295). En mer omfattande diskussion av de frågor som visas i Annals of Fysik(i tryck), (arXiv:0711.2640). Den grundläggande poängen är att de fyra “smak” av en fermioner är faktiskt inte är likvärdiga, och böka medelvärden av fermion faktorer av olika teorier. Beviset består av visar att de symmetrier av de förskjutna faktor förbjuda uppkomsten av rätt ‘t Hooft vertex för målet teori. Ett annat sätt att staten problemet är att ‘t Hooft vertex starkt par olika smaker, och därmed inte kan betraktas som oberoende.

Detta föredrag var ganska väl emot av den Europeiska gemenskapen, men tydligen inte av de förskjutna människor, oftast från OSS. Genmälen prata ganska mycket har missat poängen, men naturligtvis är jag inte opartisk. Efter mötet en artikel, arXiv:0711.0696, dök upp som påstår att bemöta mina argument mer i detalj. Detta papper är så full av uppenbara fel och förvrängningar som jag antar att det kommer aldrig att publiceras.

De förskjutna gemenskapen har fortsatt att bortse från dessa problem. Jag känner sitt järngrepp om OSS gitter ansträngning metoder för vetenskaplig ohederlighet. Som ett exempel på den rådande hämndlystnad, en nyligen papper till mig på ett helt annat ämne avvisades från en framstående AMERIKANSKA tidskriften på grundval av en enda negativa domaren rapport som säger att “Det är förbryllande att författaren bortser från alla dessa mycket relevanta lärdomar som har dragits av för länge sedan i samband med den stegvisa fermion formalism.” Det var förbises eftersom jag ville undvika den pågående kontroversen, som domaren var säkert medveten om. Även om jag gjorde då lägga till kommentarer jämförelse med förskjutna, papper var avslås utan närmare granskning. Detta papper var sedan in till en Europeisk tidning där jag hoppades på en mer rättvis behandling. Det var det snabbt publicerade i JHEP04(2008)017 (arXiv:0712.1201).

Utöver de internationella förlöjliga detta denna kontrovers tar på USQCD gemenskapen, andra aspekter är särskilt upprörande från en vetenskaplig synpunkt. För det första, enorma mängder av datorn tid att fortsätta för att slösas bort på att generera gitter konfigurationer som alla icke-perturbtiva information kommer att ifrågasättas. Cirka 38 procent av den aktuella datorn tid som avsatts av den USQCD samarbete kommer att fortsätta dessa ansträngningar. För det andra, unga människor som är förknippade med detta projekt får lära sig att upprepa, utan att fråga, partiets linje att allt kommer att bli okej i kontinuum gräns. För det tredje, utövare är en sådan stark kraft att de flesta utomstående är ovilliga att titta in i de problem som trots att den underliggande fysiken är så fascinerande. Och slutligen, jag finner det ytterst oroande att vissa fysiker allmänt betraktas som experter på kirala symmetri och gitter gaugeteori så lättvindigt och grundligt inbillar sig med dålig vetenskap.

Kort sagt, gallret har varit mycket bra för mig. Det är oerhört smärtsamt att se det missbrukas så grovt.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *