Glueballs en un modelo de gluones masivos

Horvath Rivas, Nicolás

Supervisor(es): Wschebor, Nicolás - Hernández, Guzmán

Resumen:

Las interacciones entre partículas elementales constituyen la base para comprender el universo. A día de hoy son cuatro las interacciones fundamentales conocidas: la gravedad, la interacción electromagnética, y las interacciones nucleares débil y fuerte. La interacción nuclear fuerte es la responsable de mantener unidos a los núcleos atómicos, y por ello, su comprensión es esencial para entender los mecanismos de formación de la materia. La teoría que describe esta interacción es la Cromodinámica Cuántica (QCD), y las partículas sensibles a ella son los quarks y gluones, que se ligan a través de esta interacción para formar otras partículas, como hadrones, formados por quarks, o glueballs, formados por gluones. Los mecanismos de formación de hadrones y glueballs, y por tanto de gran parte de la materia, no están bien comprendidos. La cromodinámica cuántica se vuelve extremadamente compleja a bajas energías, en las escalas de energía de formación de dichas partículas, y los métodos matemáticos tradicionales no son aplicables. Por este motivo, la teoría a bajas energías se ha vuelto analíticamente inaccesible, y muchos investigadores han intentado aproximarse desde enfoques más fenomenológicos, proponiendo modelos y poniendo a prueba sus predicciones. Aún así, todavía no existen resultados claros sobre como tratar esta teoría analíticamente a bajas energías. Afortunadamente, los enfoques numéricos no están sujetos a las mismas limitaciones y pueden ser usados como una herramienta para acceder a la teoría a bajas energías. Un primer paso para entender este problema es estudiarlo en el marco de la teoría de Yang-Mills Pura, es decir, QCD pero sin incluir la dinámica de quarks. Algunos estudios numéricos recientes han presentando resultados prometedores al respecto. Uno de ellos indica la posibilidad de que la constante de acoplamiento de Yang-Mills Pura se mantiene en valores relativamente pequeños a bajas energías. Esto podría habilitar el uso de desarrollos perturbativos en dicha escala, proporcionando una herramienta útil y ya conocida para el estudio de la interacción fuerte. Otro estudio indica que los gluones presentan características comúnmente asociadas a partículas masivas. Ambos resultados han sido aprovechados para la construcción de nuevos modelos fenomenológicos en donde los gluones son considerados como partículas masivas y en los que algunas técnicas perturbativas podrían ser aplicables. Estos modelos abren una nueva vía en un esfuerzo por comprender Yang-Mills Pura y QCD. El objetivo de esta tesis es verificar si diversos modelos que se pueden construir fenomenológicamente a partir de la masividad del gluon, pueden describir ciertos aspectos de la física de Yang-Mills Pura o QCD a bajas energías, particularmente el espectro de glueballs formados por dos gluones. En una primera instancia exploramos una vía que emerge,en base a los resultados numéricos recién mencionados, como una posible opción para recuperar una ecuación de Schrödinger en una teoría con campos de gauge masivos en un régimen no relativista. Basamos este desarrollo en un modelo fenomenológico de gluones masivos llamado modelo de Curci-Ferrari, agregando además una suposición ad-hoc. En una segunda instancia, y como punto central del trabajo, estudiamos las predicciones al espectro de glueballs formados por dos gluones, en un modelo fenomenológico previamente propuesto en la literatura por J.M. Cornwall y A.Soni, en 1982, así como en una leve modificación del mismo, propuesta en este trabajo. Estos modelos pretenden describir la interacción entre gluones masivos en un régimen no relativista. Basamos el cálculo del espectro en la ecuación de Schrödinger y en técnicas perturbativas. Comparamos los resultados con datos recientes de simulaciones numéricas de dicho espectro para ajustar los parámetros libres de los modelos y evaluar las predicciones.


Detalles Bibliográficos
2024
ANII: POS_NAC_2019_1_157878
NUCLEAR PHYSICS
GAUGE FIELD THEORY
QUANTUM CHROMODYNAMICS
QCD
YANG-MILLS THEORY
ELEMENTARY PARTICLES
GLUONS
GLUEBALLS
Español
Universidad de la República
COLIBRI
https://hdl.handle.net/20.500.12008/44472
Acceso abierto
Licencia Creative Commons Atribución - No Comercial - Sin Derivadas (CC - By-NC-ND 4.0)
Resumen:
Sumario:Las interacciones entre partículas elementales constituyen la base para comprender el universo. A día de hoy son cuatro las interacciones fundamentales conocidas: la gravedad, la interacción electromagnética, y las interacciones nucleares débil y fuerte. La interacción nuclear fuerte es la responsable de mantener unidos a los núcleos atómicos, y por ello, su comprensión es esencial para entender los mecanismos de formación de la materia. La teoría que describe esta interacción es la Cromodinámica Cuántica (QCD), y las partículas sensibles a ella son los quarks y gluones, que se ligan a través de esta interacción para formar otras partículas, como hadrones, formados por quarks, o glueballs, formados por gluones. Los mecanismos de formación de hadrones y glueballs, y por tanto de gran parte de la materia, no están bien comprendidos. La cromodinámica cuántica se vuelve extremadamente compleja a bajas energías, en las escalas de energía de formación de dichas partículas, y los métodos matemáticos tradicionales no son aplicables. Por este motivo, la teoría a bajas energías se ha vuelto analíticamente inaccesible, y muchos investigadores han intentado aproximarse desde enfoques más fenomenológicos, proponiendo modelos y poniendo a prueba sus predicciones. Aún así, todavía no existen resultados claros sobre como tratar esta teoría analíticamente a bajas energías. Afortunadamente, los enfoques numéricos no están sujetos a las mismas limitaciones y pueden ser usados como una herramienta para acceder a la teoría a bajas energías. Un primer paso para entender este problema es estudiarlo en el marco de la teoría de Yang-Mills Pura, es decir, QCD pero sin incluir la dinámica de quarks. Algunos estudios numéricos recientes han presentando resultados prometedores al respecto. Uno de ellos indica la posibilidad de que la constante de acoplamiento de Yang-Mills Pura se mantiene en valores relativamente pequeños a bajas energías. Esto podría habilitar el uso de desarrollos perturbativos en dicha escala, proporcionando una herramienta útil y ya conocida para el estudio de la interacción fuerte. Otro estudio indica que los gluones presentan características comúnmente asociadas a partículas masivas. Ambos resultados han sido aprovechados para la construcción de nuevos modelos fenomenológicos en donde los gluones son considerados como partículas masivas y en los que algunas técnicas perturbativas podrían ser aplicables. Estos modelos abren una nueva vía en un esfuerzo por comprender Yang-Mills Pura y QCD. El objetivo de esta tesis es verificar si diversos modelos que se pueden construir fenomenológicamente a partir de la masividad del gluon, pueden describir ciertos aspectos de la física de Yang-Mills Pura o QCD a bajas energías, particularmente el espectro de glueballs formados por dos gluones. En una primera instancia exploramos una vía que emerge,en base a los resultados numéricos recién mencionados, como una posible opción para recuperar una ecuación de Schrödinger en una teoría con campos de gauge masivos en un régimen no relativista. Basamos este desarrollo en un modelo fenomenológico de gluones masivos llamado modelo de Curci-Ferrari, agregando además una suposición ad-hoc. En una segunda instancia, y como punto central del trabajo, estudiamos las predicciones al espectro de glueballs formados por dos gluones, en un modelo fenomenológico previamente propuesto en la literatura por J.M. Cornwall y A.Soni, en 1982, así como en una leve modificación del mismo, propuesta en este trabajo. Estos modelos pretenden describir la interacción entre gluones masivos en un régimen no relativista. Basamos el cálculo del espectro en la ecuación de Schrödinger y en técnicas perturbativas. Comparamos los resultados con datos recientes de simulaciones numéricas de dicho espectro para ajustar los parámetros libres de los modelos y evaluar las predicciones.