Tricriticality in 4D U(1) Lattice Gauge Theory
Abstract: The 4D compact U(1) gauge theory has a well-established phase transition between a confining and a Coulomb phase. In this paper, we revisit this model using state-of-the-art Monte Carlo simulations on anisotropic lattices. We map out the coupling-temperature phase diagram, and determine the location of the tricritical point, $T/K_0 \simeq 0.19$, below which the first-order transition is observed. We find the critical exponents of the high-temperature second-order transition to be compatible with those of the 3-dimensional $O(2)$ model. Our results at higher temperatures can be compared with literature results and are consistent with them. Surprisingly, below $T/K_0 \simeq 0.05$ we find strong indications of a second tricritical point where the first-order transition becomes continuous. These results suggest an unexpected second-order phase transition extending down to zero temperature, contrary to the prevailing consensus. If confirmed, these findings reopen the question of the detailed characterization of the transition including a suitable field theory description.
- K. G. Wilson, Phys. Rev. D 10, 2445 (1974).
- T. Banks, R. Myerson, and J. Kogut, Nuclear Physics B 129, 493 (1977).
- E. Fradkin and L. Susskind, Physical Review D 17, 2637 (1978).
- G. Bhanot, Nuclear Physics, Section B 205, 168 (1982).
- K. J. Moriarty, Physical Review D 25, 2185 (1982).
- J. S. Barber, Physics Letters B 147, 330 (1984).
- V. Azcoiti, G. Di Carlo, and A. Grillo, Physics Letters B 258, 207 (1991a).
- V. Azcoiti, G. Di Carlo, and A. Grillo, Physics Letters B 268, 101 (1991b).
- A. M. Polyakov, Gauge Fields and Strings, Vol. 3 (1987).
- A. M. Polyakov, Physics Letters B 59, 82 (1975).
- A. H. Guth, Physical Review D 21, 2291 (1980).
- M. Creutz, L. Jacobs, and C. Rebbi, Physical Review D 20, 1915 (1979).
- T. A. DeGrand and D. Toussaint, Phys. Rev. D 24, 466 (1981).
- G. Bhanot, Phys. Rev. D 24, 461 (1981).
- K. Mütter and K. Schilling, Nuclear Physics B 200, 362 (1982).
- J. Jersák, T. Neuhaus, and P. M. Zerwas, Physics Letters B 133, 103 (1983).
- R. Gupta, M. A. Novotny, and R. Cordery, Physics Letters B 172, 86 (1986).
- M. Vettorazzo and P. de Forcrand, Nuclear Physics B 686, 85 (2004a), arXiv:0311006 [hep-lat] .
- M. Vettorazzo and P. de Forcrand, Physics Letters B 604, 82 (2004b).
- B. A. Berg and A. Bazavov, Proceedings of Science 32, 1 (2006), arXiv:0609006 [hep-lat] .
- C. Bonati and M. D’Elia, Phys. Rev. D 88, 065025 (2013).
- C. B. Lang and T. Neuhaus, Nuclear Physics B (Proceedings Supplements) 34, 543 (1994).
- G. Arnold, K. Schilling, and T. Lippert, Phys. Rev. D 59, 054509 (1999).
- J. Cox, T. Neuhaus, and H. Pfeiffer, Nuclear Physics B - Proceedings Supplements 73, 712 (1999a).
- I. Campos, A. Cruz, and A. Tarancón, Physics Letters B 424, 328 (1998a).
- I. Campos, A. Cruz, and A. Tarancón, Nuclear Physics B 528, 325 (1998b).
- B. Klaus and C. Roiesnel, Phys. Rev. D 58, 114509 (1998).
- C. Gattringer and C. B. Lang, Quantum chromodynamics on the lattice, Vol. 788 (Springer, Berlin, 2010).
- W. K. Hastings, Biometrika 57, 97 (1970).
- N. Cardoso and P. Bicudo, J. Comput. Phys. 230, 3998 (2011), arXiv:1010.4834 [hep-lat] .
- N. Cardoso and P. Bicudo, Comput. Phys. Commun. 184, 509 (2013), arXiv:1112.4533 [hep-lat] .
- P. Bicudo, N. Cardoso, and A. Sharifian, Phys. Rev. D 104, 054512 (2021), arXiv:2105.12159 [hep-lat] .
- M. Creutz, Phys. Rev. D 36, 515 (1987).
- M. H. Quenouille, Biometrika 43, 353 (1956), https://academic.oup.com/biomet/article-pdf/43/3-4/353/987603/43-3-4-353.pdf .
- J. Tukey, Ann. Math. Statist. 29, 614 (1958).
- J. Kogut and L. Susskind, Physical Review D 11, 395 (1975).
- W. Janke and H. Kleinert, Nuclear Physics, Section B 270, 135 (1986).
- N. Cardoso and P. Bicudo, Phys. Rev. D 85, 077501 (2012), arXiv:1111.1317 [hep-lat] .
- J. Villain, Journal de Physique 36, 581 (1975).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.