<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD with OASIS Tables with MathML3 v1.2d1 20170631//EN" "JATS-journalpublishing-oasis-article1-mathml3.dtd">
<article article-type="research-article" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:oasis="http://www.niso.org/standards/z39-96/ns/oasis-exchange/table"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">PRD</journal-id><journal-id journal-id-type="coden">PRVDAQ</journal-id><journal-title-group><journal-title>Physical Review D</journal-title><abbrev-journal-title>Phys. Rev. D</abbrev-journal-title></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2470-0010</issn><issn pub-type="epub">2470-0029</issn><publisher><publisher-name>American Physical Society</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.014501</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-major"><subject>ARTICLES</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-minor"><subject>Lattice field theories, lattice QCD</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Diagrammatic representation of scalar QCD and sign problem at nonzero chemical potential</article-title><alt-title alt-title-type="running-title">DIAGRAMMATIC REPRESENTATION OF SCALAR QCD AND …</alt-title><alt-title alt-title-type="running-author">FALK BRUCKMANN AND JACOB WELLNHOFER</alt-title></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name><surname>Bruckmann</surname><given-names>Falk</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Wellnhofer</surname><given-names>Jacob</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/></contrib><aff id="a1">Institute for Theoretical Physics, <institution>Universität Regensburg</institution>, D-93040 Regensburg, Germany</aff></contrib-group><pub-date iso-8601-date="2018-01-08" date-type="pub" publication-format="electronic"><day>8</day><month>January</month><year>2018</year></pub-date><pub-date iso-8601-date="2018-01-01" date-type="pub" publication-format="print"><day>1</day><month>January</month><year>2018</year></pub-date><volume>97</volume><issue>1</issue><elocation-id>014501</elocation-id><pub-history><event><date iso-8601-date="2017-10-25" date-type="received"><day>25</day><month>October</month><year>2017</year></date></event></pub-history><permissions><copyright-statement>Published by the American Physical Society</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder>authors</copyright-holder><license license-type="creative-commons" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><license-p content-type="usage-statement">Published by the American Physical Society under the terms of the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International</ext-link> license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article’s title, journal citation, and DOI. Funded by SCOAP<sup>3</sup>.</license-p></license></permissions><abstract><p>We consider QCD at strong coupling with scalar quarks coupled to a chemical potential. Performing the link integrals we present a diagrammatic representation of the path integral weight. It is based on mesonic and baryonic building blocks, in close analogy to fermionic QCD. Likewise, the baryon loops are subject to a manifest conservation of the baryon number. The sign problem is expected to disappear in this representation and we do confirm this for three flavors, where a scalar baryon can be built and, thus, a dependence on the chemical potential occurs. For higher flavor number, we analyze examples for a potential sign problem in the baryon sector and conjecture that all weights are positive upon exploring the current conservation of each flavor.</p></abstract><funding-group><award-group award-type="unspecified"><funding-source country="DE"><institution-wrap><institution>Deutsche Forschungsgemeinschaft</institution><institution-id institution-id-type="doi" vocab="open-funder-registry" vocab-identifier="10.13039/open_funder_registry">10.13039/501100001659</institution-id></institution-wrap></funding-source><award-id>BR 2872/6-2</award-id><award-id>BR 2872/7-1</award-id></award-group><award-group award-type="unspecified"><funding-source><institution-wrap><institution>Mainz Institute for Theoretical Physics</institution></institution-wrap></funding-source></award-group></funding-group><counts><page-count count="6"/></counts></article-meta></front><body><sec id="s1"><label>I.</label><title>INTRODUCTION</title><p>Diagrammatic Monte Carlo methods are one of the most successful approaches to the sign problem of quantum field theories at nonzero chemical potential, e.g., see <xref ref-type="bibr" rid="c1 c2 c3">[1–3]</xref>. In lattice QCD at strong coupling this idea is rather old <xref ref-type="bibr" rid="c4 c5">[4,5]</xref>: expanding the quark weight and integrating out the gauge links<fn id="fn1"><label><sup>1</sup></label><p>Integrating out the quarks instead gives the determinant of the non-Hermitian Dirac operator and, therefore, a complex weight.</p></fn> leads to certain building blocks along the lattice bonds. They are of mesonic and baryonic nature and (together with fermion saturation at every site) facilitate an intuitive diagrammatic representation of the QCD path integral.</p><p>Nonetheless, positivity of the so-obtained weight is not guaranteed and terms of opposite sign indeed appear, even at zero chemical potential. This has hampered further use of this approach in simulations of realistic QCD even though worm algorithms have proven capable of simulating such constrained systems (for recent attempts see <xref ref-type="bibr" rid="c6 c7">[6,7]</xref>).</p><p>One may view the problem of this approach as a fermionic sign problem. For staggered fermions there are clearly four sources of negative signs: (i) the relative sign between the hopping terms in the Dirac operator which is of first order in derivatives, (ii) antiperiodic boundary conditions in Euclidean time, (iii) the Grassmann nature of the quark fields in the path integral, (iv) the staggered signs. All of them are absent if quarks were Lorentz scalars, and one may expect scalar QCD (sQCD) to be free of the sign problem. Note, however, that the gauge links are complex and SU(3) group integrals are not necessarily positive <xref ref-type="bibr" rid="c8">[8]</xref>. To analyze the sign problem in sQCD is the main motivation of this paper.</p><p>Gauge theories with scalar matter might be relevant beyond the Standard Model; here we compare sQCD to QCD at nonzero chemical potential. One of the main differences is the flavor-antisymmetric nature of the baryons of sQCD; as a consequence at least three scalar quark flavors are necessary to generate a dependence on the chemical potential (see Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref> below). For the first interesting case of three flavors, we are able to prove that the path integral weight is positive; i.e., this representation solves the sign problem at nonzero chemical potential.</p><p>Scalar quarks are not subject to the Pauli exclusion principle and thus the building blocks of sQCD diagrams come with less constrained occupation numbers, e.g., baryon worldlines may intersect. This shall be of advantage for numerical simulations as well as for treating higher flavor numbers, which we conjecture to be free of the sign problem as well.</p></sec><sec id="s2"><label>II.</label><title>ORIGINAL ACTION AND DERIVATION OF BUILDING BLOCKS</title><p>We treat sQCD with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> massive flavors coupled to the same chemical potential <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the strong coupling limit, i.e., without gauge (plaquette) action. The corresponding Euclidean lattice action is the (negative) discretized SU(3) gauge-covariant Laplacian, <disp-formula id="d1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d1a1">=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d1a1">+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d1a1">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes the lattice sites, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the direction index (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is the temporal direction in which <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> acts), <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> its unit vector and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the flavor index; the lattice spacing has been set to unity.</p><p>At real <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> the action is not real, since the second line is not the complex conjugate of the first line, which is the case at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> (or imaginary <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>). In <xref ref-type="bibr" rid="c9">[9]</xref> we have presented numerical evidence that reweighting in the conventional approach of integrating out the quarks to an inverse determinant suffers from a sign problem in the sense of an oscillating phase. In particular, this gives rise to a reweighting factor, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, that decays with the volume.</p><p>The diagrammatic representation of this system emerges after integrating out all gauge links. To do so for a particular link, we collect the two terms in which <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> appear and write the matter bilinears to which they couple as matrices, <disp-formula id="d2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:malignmark/><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≕</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2)</label></disp-formula>involving an outer product in color space. Now the gauge-dependent terms in the action read <disp-formula id="d3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>tr</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>tr</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:math><label>(3)</label></disp-formula>Note that under local gauge transformations, under which the link becomes <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the matter matrix transforms complementary, it becomes <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, such that the traces in the action are gauge invariant.<fn id="fn2"><label><sup>2</sup></label><p>For fermionic quarks <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are commuting Grassmann bilinears, such that the presented analysis can be used for them as well, with the main difference being that powers of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> higher than <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vanish due to the Grassmann nature.</p></fn></p><p>The integration over SU(3) group elements (with Haar measure) can be turned into a fivefold sum <xref ref-type="bibr" rid="c10">[10]</xref><fn id="fn3"><label><sup>3</sup></label><p>We have further expanded the two terms <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>det</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="bibr" rid="c10">[10]</xref> separately, with powers <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>. Note a typo in the definition of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></inline-formula> in that reference.</p></fn> <disp-formula id="d4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:malignmark/><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>tr</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d4a1">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>!</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math><label>(4)</label></disp-formula>over gauge invariants <disp-formula id="d5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d5a1">=</mml:mo><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1.2em"/><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1.5em"/><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d5a1">=</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1.2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(5)</label></disp-formula>where <disp-formula id="d6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d6a1">=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d6a1">=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:math><label>(6)</label></disp-formula>are positive integers. When using these formulas in sQCD, one has to reinsert indices <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and arguments (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>) on both the fields <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>†</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and consequently <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> and on the integers (‘dual variables’) <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The fugacity factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is present when the bond is in the 0-direction, its exponent is the difference of powers of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Thus, the partition function <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can in the diagrammatic formulation be written as <disp-formula id="d7"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">Z</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d7a1">=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∏</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>!</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(7)</label></disp-formula>where the sum goes over all admissible configurations of the variables <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, to be specified more concretely in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref>.</p><p>When interpreting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> as the hopping of (all flavors of) quarks along a bond in the direction <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ν</mml:mi></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> is the hopping of (all) antiquarks on the same bond. Thus <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the hopping of “mesons” (with any pair of quark/antiquark flavors). Consistently, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></inline-formula> does not contribute a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>-factor (the exponent of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> does not contain <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>). <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Z</mml:mi></mml:math></inline-formula> are of similar nature with two/three quarks and antiquarks hopping on a bond and no <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> contribution. Therefore, we will call <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Z</mml:mi></mml:math></inline-formula> “<italic>mesonic building blocks</italic>.”</p><p>In <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> three quarks or three antiquarks are hopping on a bond, respectively, which is why we will call them “<italic>baryonic building blocks</italic>.” As expected, they contribute positive and negative multiples of the baryon chemical potential, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, in the exponent.</p><p>As is typical for bosonic systems, occupation numbers are unbounded from above and do not exclude each other. A configuration in this new representation can easily be determined by a list of all integers <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> on all bonds plus the values of the matter fields on all sites (since we have not integrated out the latter). In a visualization of these numbers one uses building blocks very similar to those from the fermionic case, see Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>: unoriented one-, two- and three-bonds for the occupation numbers of the mesons and directed bonds for the (anti)baryons (arrows are connected to current conservation to be derived in the next section). Since multiple occupation numbers per bond are harder to visualize, the example diagram shown in that figure mostly contains single occupation numbers. Note that sites without any occupied bond are admissible, too.</p><fig id="f1"><object-id>1</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.014501.f1</object-id><label>FIG. 1.</label><caption><p>Example of a diagram on a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula> lattice (with periodic boundary conditions). Unoriented single and double lines denote bonds with unit occupation of the mesonic building blocks <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></inline-formula>, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Oriented bonds (due to the current conservation discussed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref>) stand for baryon building blocks <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>: arrows upwards and to the right denote <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> (on one bond <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>) and arrows downwards and to the left denote <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The baryon loop winds once (actually in both directions) and thus obtains a fugacity factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> in the weight.</p></caption><graphic xlink:href="e014501_1.eps"/></fig><p>As numbers, the mesons <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Y</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Z</mml:mi></mml:math></inline-formula> are positive functions of the positive matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The factorials in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d7">(7)</xref> and the remaining Gaussian factors in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d7">(7)</xref> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula> are positive as well. Thus, a potential sign problem can only come from the (anti)baryons <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, as in fermionic QCD. One of the main features of the diagrammatic representation is that the chemical potential appearing through the fugacity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> does not introduce signs<fn id="fn4"><label><sup>4</sup></label><p>Interestingly, imaginary <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>’s, which do not induce a sign problem in the original formulation, do so in the diagrammatic representation.</p></fn> i.e., if the system has no sign problem at vanishing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, it does not develop a sign problem at nonzero <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This is in very close analogy to the defining energy representation of the grand canonical partition function.</p></sec><sec id="s3"><label>III.</label><title>POSITIVITY OF THE WEIGHT DEPENDING ON THE NUMBER OF FLAVORS</title><p>The objects potentially inducing a sign problem in the diagrammatic representation of sQCD are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and powers thereof. Importantly, the complex matrices <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> are built out of outer products, see Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2">(2)</xref>, which will be analyzed now.</p><p>For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> obviously any row (or column) of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> is linearly dependent on any other row. Consequently, the determinant of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> vanishes and so do all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>’s, such that no dependence on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> can emerge (only <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> contributes). Similarly, for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> at most two rows of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be linearly independent and its determinant vanishes again. We conclude that at strong coupling sQCD develops a dependence on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> only for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The latter is the matrix size of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> and thus generalizes to the number of colors in gauge theories with higher gauge group.</p><p>For arbitrary <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the following formula is useful <disp-formula id="d8"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:malignmark/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>det</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d8a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d8a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(8)</label></disp-formula>with determinants <disp-formula id="d9"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≔</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>det</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(9)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is used to separate three columns in a three-by-three matrix. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes choices of three flavors: <disp-formula id="d10"><mml:math display="block"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(10)</label></disp-formula>This formula<fn id="fn5"><label><sup>5</sup></label><p>Note that this formula is of the type “determinant of a sum is a sum of determinants" (!), which holds for the outer product structure in which we are interested here. For fermions, this formula receives an additional sign due to reordering <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The Grassmann nature also reveals that a baryon factor (and thus a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>-dependence) already occurs for one flavor of fermions because the determinants are nonzero, even if all columns are dependent: <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></fn> (and its obvious generalization to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>) can easily be shown through writing the determinant with Levi-Civita symbols. It makes manifest the antisymmetry of the flavor indices <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> (or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>) in the determinant. In the language of sQCD this means antisymmetry of quark flavors which hop together in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>det</mml:mi><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>†</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> representing an (anti)baryon. It also confirms the discussion above, that this determinant vanishes for less than 3 flavors. For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d8">(8)</xref> has just one summand, <disp-formula id="d11"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d11a1">=</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d11a1">×</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(11)</label></disp-formula>where all the three quark flavors enter together just once.</p><p>So far we have not performed the matter field integrations. The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula>-dependent path integral weight consists of a Gaussian term, which suppresses large absolute values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, multiplied by the product in the second line of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d7">(7)</xref>. The latter part is a complicated function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. One could leave the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula> integrations to numerics, provided the admissible configurations have non-negative weights.</p><p>However, there is one important feature of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula> integration which can easily be utilized; schematically, <disp-formula id="d12"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>#</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(12)</label></disp-formula>which comes from the integration over the phase<fn id="fn6"><label><sup>6</sup></label><p>Phase integrations typically cause U(1) current conservation in diagrammatic approaches to bosonic systems, for fermionic systems this role is played by the saturation of Grassmann integrals by equal numbers of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula>’s and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>’s.</p></fn> of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. For sQCD, this formula means that only those terms contribute, for which the power of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> matches the power of its complex conjugate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. This has to hold for every flavor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula>, color <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and site <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> separately, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p><p>To derive an immediate consequence for the diagrams, consider the coarser constraints that occur after summing these constraints over all indices but the site, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Mesonic contributions are functions of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and thus contribute equal integers to both sums. The baryons <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, on the other hand, are of third order in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where the two factors live on neighboring sites. A single (anti)baryon, thus, vanishes under the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula> integration and needs to be accompanied by other (anti)baryons connecting to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>. One easily obtains the constraints <disp-formula id="d13"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(13)</label></disp-formula>where <disp-formula id="d14"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(14)</label></disp-formula>This is nothing but the discrete version of a manifest current conservation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>ν</mml:mi></mml:munder><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, namely for the net baryon current <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (as in fermionic QCD) from all flavors. Diagrammatically, baryon building blocks must come in closed loops. In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>, for instance, the baryon content can be viewed as one long and winding loop plus one plaquette loop touching each other at one bond.</p><p>According to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d4">(4)</xref>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> couples to all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>’s in the 0 direction, i.e., to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:munder><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, which is just the conserved charge<fn id="fn7"><label><sup>7</sup></label><p>Since <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is conserved, one can replace <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:munder><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:munder><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (for any <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>) which turns <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> the lattice spacing into the expected factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> the temperature.</p></fn> of this current. Equivalently, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> couples to the net winding number of baryon loops in the 0 direction.</p><p>Coming back to the sign problem at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, any baryonic factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> has to be accompanied by just its complex conjugate from a neighboring baryonic hopping, cf. Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d11">(11)</xref>, such that one obtains a product of positive terms<fn id="fn8"><label><sup>8</sup></label><p>One might argue that a negative sign occurs upon permuting the flavors under one of the determinants, but according to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d8">(8)</xref>, this would also permute the flavors at a neighboring site and thus keep a positive sign of the total weight.</p></fn> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (and powers thereof) for all sites <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> on baryon loops. This solves the sign problem at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p><p>In the diagrammatic representation this system can therefore be simulated, presumably with a hybrid approach for the updates: for unconstrained variables such as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> local updates can be used, while for the constrained variables <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> worm algorithms are promising.</p><p>We close by discussing the technicalities faced at more than three flavors, say at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The baryonic matching described above for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> does not work here: according to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d8">(8)</xref> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>123</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> from one baryon factor multiplies not only <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>123</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> from another baryon factor, but the sum <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>#</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>123</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>#</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>124</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>#</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>134</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>#</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>124</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> multiplies the sum <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>#</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>123</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>#</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>124</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>#</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>134</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>#</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>124</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with the factors <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>#</mml:mo></mml:math></inline-formula> all different (determined by the fields at two neighboring sites). Obviously, there are mixed terms, for which no positivity argument applies. Indeed, the configuration which just contains one closed baryon loop has a complex weight generically.</p><p>It seems necessary to explore finer constraints than above. For instance, the summand <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>123</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>124</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> has a “mismatch” in that it contains <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> once, but not their complex conjugates. This summand, thus, vanishes under the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>- or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> integration, cf. Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d12">(12)</xref>. In the absence of other occupied bonds connecting to it, each baryon loop thus contains only terms <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> and, therefore, is positive.</p><p>At first sight, mesons may change this positivity argument. A mesonic building block, say <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></inline-formula>, connecting to the baryon loop at site <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> does contain the ‘missing’ factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (with arbitrary gauge indices) to make the summand <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>123</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>124</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> survive the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula> integration. However, this summand in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></inline-formula> also carries <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> at a neighboring site <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula> integration at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> thus gives zero. As a consequence, the baryon loop reduces to terms <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> multiplying the positive mesonic weight.</p><p>Building up slightly more complicated configurations, consider a baryon loop connected to a line of unit mesonic <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></inline-formula> at two sites <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Figure <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref> shows two simple examples of this kind. On all sites of the baryon loop except <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula> integrations discussed above force the flavor combinations (1, 2, 3), (1, 2, 4), (1, 3, 4) and (2, 3, 4) to traverse these parts of the loop separately. At <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>, besides the positive <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the mixed terms already discussed come into play. The typical nonvanishing contribution reads <disp-formula id="d15"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d15a1">×</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d15a1">×</mml:mo><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d15a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d15a1">×</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(15)</label></disp-formula>Now the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> integrations are nonvanishing provided <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula>, such that the field factor from site <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> becomes positive, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> (times Gaussian), with a positive prefactor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Such a factor appears from site <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>, too, and the total weight of these configurations are again positive.</p><fig id="f2"><object-id>2</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.014501.f2</object-id><label>FIG. 2.</label><caption><p>Two simple examples, where a closed baryon loop is connected to a single meson line at two sites <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>. As discussed in the text, the weights of both diagrams are positive (in a nontrivial way).</p></caption><graphic xlink:href="e014501_2.eps"/></fig><p>In our opinion, these examples point at the positivity of all diagrammatic weights even for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, when flavor-dependent constraints, i.e., the conservation of each flavor current, are used at all sites. The full <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula> integration could then still be performed with Monte Carlo sampling. Using these finer constraints means to break down the flavor-summed exponents <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> into flavor-dependent exponents through multinomials. The book-keeping of the nonvanishing terms becomes rather intricate, especially if higher occupations appear (which is determined by the dynamics of the system, its phases etc.). We leave this to future work. An alternative approach to project onto the relevant contributions are subsets <xref ref-type="bibr" rid="c11 c12 c13">[11–13]</xref>.</p></sec><sec id="s4"><label>IV.</label><title>SUMMARY AND OUTLOOK</title><p>We have shown that, in the strong coupling limit, the sign problem in sQCD can, indeed, be solved for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 2, 3 flavors. It is of further note that these lattice flavors correspond to the same number of flavors in the continuum theory. In the staggered fermion case this is a serious problem, as one staggered flavor generally corresponds to more than one flavor in the continuum. Furthermore the remaining doublers cannot be removed by the rooting trick in the diagrammatic formulation. Also using more than one staggered flavor seems to give rise to a serious sign problem even in the mesonic case in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, cf. <xref ref-type="bibr" rid="c6">[6]</xref>. In this respect, the scalar theory is much more feasible.</p><p>For more than three flavors, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, further research is needed to decide whether the approach outlined at the end of Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref> is viable and removes the sign problem. The discussed examples point to this conjecture.</p><p>The case of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> is particularly interesting when one wants to go beyond strong coupling. Recent approaches which lend themselves easily to the formulation outlined in this paper are detailed in <xref ref-type="bibr" rid="c14 c15 c16">[14–16]</xref>. The main goal in these references is to rewrite the gauge plaquette action in such a way as to make only single links appear in the new action, at the expense of introducing auxiliary bosonic field variables. The auxiliary fields are either scalar fields <xref ref-type="bibr" rid="c15">[15]</xref> or matrix valued fields <xref ref-type="bibr" rid="c16">[16]</xref>. In particular, the additional scalar fields naturally increase the number of flavors to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Thus, if the sign problem is, indeed, absent in that case, a diagrammatic simulation of full sQCD seems to be in reach.</p><p>Then it would be interesting to analyze its phase diagram. We expect a phase transition at zero temperature, if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> reaches the baryon mass threshold, and a crossover related to center symmetry breaking for zero <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> near the strong scale of the theory. For sQCD one could study the entire <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> plane, which for realistic QCD is not known from first principles.</p><p>On the technical side, the ability to overcome the sign problem and to simulate sQCD could give benchmarks in a “QCD-like” theory for current approaches like reweighting, analytic continuation in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, complex Langevin dynamics, and the Lefschetz thimble method, already at strong coupling.</p></sec></body><back><ack><title>ACKNOWLEDGMENTS</title><p>The authors are supported by the DFG (BR 2872/6-2 and BR 2872/7-1) and thank Jacques Bloch and Christof Gattringer for helpful discussions. F. B. is grateful to the Mainz Institute for Theoretical Physics (MITP) for its hospitality and its partial support during the completion of this work.</p></ack><ref-list><ref id="c1"><label>[1]</label><mixed-citation publication-type="proc"><object-id>1</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Chandrasekharan</string-name></person-group>, <source>Proc. Sci.</source> <issue>LATTICE2008</issue> (<volume>2008</volume>) <page-range>003</page-range> [<pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:0810.2419</pub-id>].</mixed-citation></ref><ref id="c2"><label>[2]</label><mixed-citation publication-type="proc"><object-id>2</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Gattringer</string-name></person-group>, <source>Proc. Sci.</source> <issue>LATTICE2013</issue> (<volume>2014</volume>) <page-range>002</page-range> [<pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1401.7788</pub-id>].</mixed-citation></ref><ref id="c3"><label>[3]</label><mixed-citation id="c3a" publication-type="journal"><object-id>3a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>F. Bruckmann</string-name>, <string-name>C. Gattringer</string-name>, <string-name>T. Kloiber</string-name>, and <string-name>T. Sulejmanpasic</string-name></person-group>, <article-title>Dual lattice representations for O(N) and CP(N-1) models with a chemical potential</article-title>, <source>Phys. Lett. B</source> <volume>749</volume>, <page-range>495</page-range> (<year>2015</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.physletb.2015.08.015</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c3b" publication-type="journal" specific-use="author"><object-id>3b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>F. Bruckmann</string-name>, <string-name>C. Gattringer</string-name>, <string-name>T. Kloiber</string-name>, and <string-name>T. Sulejmanpasic</string-name></person-group><article-title>Erratum</article-title>, <source>Phys. Lett. B</source> <volume>751</volume>, <page-range>595(E)</page-range> (<year>2015</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.physletb.2015.10.033</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c4"><label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>4</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. Rossi</string-name> and <string-name>U. Wolff</string-name></person-group>, <article-title>Lattice QCD with fermions at strong couplig: a dimer system</article-title>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B248</volume>, <page-range>105</page-range> (<year>1984</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0550-3213(84)90589-3</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c5"><label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>5</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>F. Karsch</string-name> and <string-name>K. H. Mutter</string-name></person-group>, <article-title>Strong coupling QCD at finite baryon number density</article-title>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B313</volume>, <page-range>541</page-range> (<year>1989</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0550-3213(89)90396-9</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c6"><label>[6]</label><mixed-citation publication-type="thesis"><object-id>6</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Fromm</string-name></person-group>, Ph.D. thesis, <institution>ETH Zurich</institution>, <year>2010</year>.</mixed-citation></ref><ref id="c7"><label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>7</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. de Forcrand</string-name>, <string-name>J. Langelage</string-name>, <string-name>O. Philipsen</string-name>, and <string-name>W. Unger</string-name></person-group>, <article-title>Lattice QCD Phase Diagram In and Away from the Strong Coupling Limit</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>113</volume>, <page-range>152002</page-range> (<year>2014</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.113.152002</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c8"><label>[8]</label><mixed-citation publication-type="book"><object-id>8</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Creutz</string-name></person-group>, <source>Quarks, Gluons and Lattices</source>, <series>Cambridge Monographs on Mathematical Physics</series> (<publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>, Cambridge, England, <year>1985</year>).</mixed-citation></ref><ref id="c9"><label>[9]</label><mixed-citation publication-type="proc"><object-id>9</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>F. Bruckmann</string-name> and <string-name>J. Wellnhofer</string-name></person-group>, <source>Proc. Sci.</source> <issue>LATTICE2016</issue> (<volume>2016</volume>) <page-range>054</page-range> [<pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1611.05643</pub-id>].</mixed-citation></ref><ref id="c10"><label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>10</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. E. Eriksson</string-name>, <string-name>N. Svartholm</string-name>, and <string-name>B. S. Skagerstam</string-name></person-group>, <article-title>On invariant group integrals in lattice QCD</article-title>, <source>J. Math. Phys.</source> <volume>22</volume>, <page-range>2276</page-range> (<year>1981</year>).<pub-id pub-id-type="coden">JMAPAQ</pub-id><issn>0022-2488</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1063/1.524760</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c11"><label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>11</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Bloch</string-name></person-group>, <article-title>Evading the Sign Problem in Random Matrix Simulations</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>107</volume>, <page-range>132002</page-range> (<year>2011</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.107.132002</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c12"><label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>12</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Bloch</string-name>, <string-name>F. Bruckmann</string-name>, and <string-name>T. Wettig</string-name></person-group>, <article-title>Subset method for one-dimensional QCD</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>10</issue> (<volume>2013</volume>) <page-range>140</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP10(2013)140</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c13"><label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>13</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Bloch</string-name> and <string-name>F. Bruckmann</string-name></person-group>, <article-title>Positivity of center subsets for QCD</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>93</volume>, <page-range>014508</page-range> (<year>2016</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.93.014508</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c14"><label>[14]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>14</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Budczies</string-name> and <string-name>M. R. Zirnbauer</string-name></person-group>, <article-title>Howe duality for an induced model of lattice U(N) Yang-Mills theory</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:math-ph/0305058</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c15"><label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>15</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>B. B. Brandt</string-name>, <string-name>R. Lohmayer</string-name>, and <string-name>T. Wettig</string-name></person-group>, <article-title>Induced QCD I: Theory</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>11</issue> (<volume>2016</volume>) <page-range>087</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP11(2016)087</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c16"><label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>16</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>H. Vairinhos</string-name> and <string-name>P. de Forcrand</string-name></person-group>, <article-title>Lattice gauge theory without link variables</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>12</issue> (<volume>2014</volume>) <page-range>038</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP12(2014)038</pub-id></mixed-citation></ref></ref-list></back></article>