Диссертация (Реджевская спектроскопия мезонов и приложения АдСКТП соответствия к физике сильного взаимодействия)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиПусенковИлья ВалерьевичРеджевская спектроскопия мезонов и приложенияАдС/КТП соответствия к физике сильноговзаимодействия01.04.02 – Теоретическая физикаДиссертацияна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физ.-мат. наукС. С. АфонинСанкт-Петербург2016ОглавлениеВведение . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Реджевская феноменология4121.1 Экспериментальные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.2 Адронные модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.2.1Кварковые модели . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 141.2.2Струнный подход . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.2.3Другие подходы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.3 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Универсальное описание радиальных возбуждений тяжелыхи легких векторных мезонов212.1 Введение . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2 Векторный спектр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3 Адронные струны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4 Фитирование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 312.5 Предсказания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.6 Обсуждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.7 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4423 АдС/КТП соответствие и его приложения к физике адронов 453.1 Введение . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.2 Калибровочно/Гравитационная дуальность . . . . . . . . . . . . 473.2.1Пространство анти—де Ситтера . . . . . . . . . . . . . . 473.2.2Дуальность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.2.3Голографический словарь . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 553.3 Модель «жесткой стенки» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.4 Модель «мягкой стенки» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653.5 Модели для тяжелых кваркониев . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673.6 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . 694 Кварковые массы и мезонный спектр: голографический подход704.1 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704.2 Модель «без стенки» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734.3 Феноменология . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794.4 Калибровочно неинвариантный пример . . . . . . . . . . . . . . 814.5 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853ВведениеАктуальность темыОдной из основных задач современной физики является описание сильновзаимодействующих систем. К таким задачам можно отнести выявление механизма низкоэнергетических сильных взаимодействий. В течение нескольких десятилетий эта проблема остаётся нерешенной несмотря на существование Квантовой Хромодинамики (КХД) для описания сильных взаимодействий.

В КХД значительного успеха удаётся достичь используя теорию возмущений, которая применима для высокоэнергичных процессов. Для низкихэнергий необходимы новые непертурбативные подходы.Важной проблемой физики адронов является описание спектров возбужденных резонансов. Спектр радиальных возбуждений для векторных мезонов(J P C = 1−− ) со скрытым кварковым ароматом достаточно подробно измеренна эксперименте, особенно в секторе тяжелых кварков. Эти данные предоставляют нам уникальную возможность изучить поведение адронного спектра при фиксированных квантовых числах в зависимости от масс кварков,из которых они состоят. Построение феноменологического описания для масскваркониев может помочь не только систематизировать возбуждения и сделать новые предсказания, но и лучше понять физику низкоэнергетических4процессов.Физическое обоснование формы спектральной зависимости возникают изразличного рода моделей [1–7].

Не так давно появился новый подход — называемый «голографическим» — для описания спектров, некоторых ширинполураспада, формфакторов и других характеристик адронов [8–10]. В связис этим, построение подобной модели для кваркониев произвольного кваркового состава является актуальной задачей.Разработанность темыТеоретическое изучение спектра мезонов началось еще с феноменологической теории Редже, предложенной в 1959 году, согласно которой адроны,изображенные на плоскостях (J, M 2 ) и (n, M 2 ), ложатся на линейные траектории с одинаковым наклоном и различными интерсептами. Для воспроизведения полученного спектра, применяются несколько различных подходов.Такое поведение спектра было получено Венециано из полюсов предложенной им амплитуды. Вскоре стало понятно, что подобные амплитуды можнополучить из теории струн, которая, изначальна была построена как теориясильного взаимодействия.

С появлением КХД, возникли кварковые потенциальные модели [3, 5, 11, 12], в которых необходимый спектр возникал в эффективной теории с линейно растущим на бесконечности потенциалом, описывающим конфайнмент, и кулоновским поведением на малых расстояниях.Также, в КХД получалось, что глюонное поле локализуется в трубке.

Этотфакт стимулировал создание струноподобных моделей [1, 13, 14]. Не стоитпутать модели с теорией струн, в которой струна постулируется как элемен5тарный объект, в то время как в моделях струна является эффективнымописанием глюонного поля. Многообещающим и сравнительно новым методом для воспроизведения спектра радиально возбужденных состояний сталаКХД на решетке. Спектр легких мезонов приведен в работах [15, 16]. Массыдля чармония и других тяжелых мезонов также воспроизведены решёточными вычислениями [17, 18].В 2005 году, в своих пионерских трудах [8, 9] авторами были предложены первые голографические модели для описания мезонов.

Предложеннаямодель «жёсткой стенки» (подробнее см. Разд. 3.3) воспроизводила не реджевский спектр радиальных возбуждений, однако с поведением формфакторов и ширин полураспада справлялась достаточно хорошо. Уже в 2006 годубыла предложена новая модель [10], называемая моделью «мягкой стенки»(подробнее см. Разд.

3.4), в которой спектр имел реджевскую форму. Обе голографические модели, приведенные выше применяются для описания самыхлегких векторных мезонов со скрытым ароматом — ρ и ω-мезонов. Работ поприменению голографии для тяжелых кваркониев очень мало [19–22], поэтому это направление очень интересно для изучения.ЦелиОдной из целей данной работы является поиск нового универсального описания радиально—возбужденных состояний мезонов разного кваркового состава. Исследование полученного результата на новые предсказания. Поискмодели, описывающей универсальным образом реджевские траектории мезонов и проверка модели на ее достоверность посредством различных феноме6нологических тестов. Можно сформулировать основные цели работы:1.

Поиск универсального анзатца для описания векторных мезонов соскрытым ароматом.2. Теоретическое обоснование полученного анзатца. Предложение соответствующей модели.3. Построение голографической модели, дающей реджевский спектр мезонов, наклон и интерсепт которой зависели бы от массы кварков.

Проверка согласованности с предсказаниями других теорий.Основные положения, выносимые на защиту1. Предложено обобщение реджевской формы радиального спектра мезонов на случай тяжелых кваркониев.2. Разработана модель, в рамках которой возникает данное обобщение.Проведен анализ возникающих следствий для феноменологии мезонов.3. Построен новый класс голографических моделей для описания векторных мезонов с произвольной массой кварков.Научная новизна1. Впервые построен линейный реджевский анзатц для спектра мезонов,описывающий легкие и тяжелые мезоны одновременно. Предложена модель радиально статичной мезонной струны, приводящей к данномуспектру.72. Впервые построен класс голографических моделей, одновременно описывающая как легкие, так и тяжелые мезоны.Научная и практическая значимостьПредложенный вид спектра является проверкой для других моделей наспособность описывать спектр радиальных возбуждений универсальным образом.

Новый способ описания спектров кваркониев может быть расширен надругие мезоны. Предложенный класс голографических моделей может бытьобобщен и использован для описания новых частиц, таких как экзотическиечастицы, барионы и глюболы. Дополнительное усложнение найденного намикласса моделей позволит описывать новые физические эффекты, такие каксвязанное с образованием кварк—глюонной плазмы «таяние» мезонов прибольшой энергии столкновения.АпробацияОсновные результаты работы докладывались на следующих конференциях и школах:1. 19-я Международная Московская Школа Физики (42-ая зимняя школаИТЭФ), 16-22.02.2014, Москва.2. Quark Confinement and the Hadron Spectrum XI, 7-12.09.2014, SaintPetersburg, Russia.3.

International Conference dedicated to the Novozhilov’s 90-th anniversary,82-5.12.2014, Petergof, Russia.4. V International Conference «Models in Quantum Field Theory» dedicatedto Alexander Nikolaevich Vasiliev, 21-25.09.2015, Petergof, Russia.5. 50-я Школа ПИЯФ по Физике Конденсированного Состояния, 1419.03.2016, Санкт-Петербург, Зеленогорск.6. 19th International Seminar on High Energy Physics «QUARKS-2016»,29.06.2016 — 4.07.2016, Pushkin, Russia.ПубликацииОсновные результаты по теме диссертации опубликованы в 5 печатныхизданиях, индексируемых базами данных «Web of Science» или «SCOPUS» ивключенных в список ВАК и в базы данных РИНЦ:1.

S. S. Afonin, I. V. Pusenkov, Phys. Lett. B 726, 283 (2013).2. S. S. Afonin, I. V. Pusenkov, Phys. Rev. D 90, 094020 (2014).3. S. S. Afonin, I. V. Pusenkov, Modern Phys. Lett. A 29, 1450193 (2014).4. С. С. Афонин, И. В. Пусенков, ТМФ 184: 427 (2015).5. «XIth Conference on Quark Confinement and Hadron Spectrum» AIP Conf.Proc. 1701, 050013 (2016).9Объем и структураДиссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, приложений и списка литературы из 113 наименований.