全息量子色动力学研究-李迁博士
2021-10-19
为了研究量子色动力学在低能区域的强耦合行为,实验上让轻子与强子、强子与强子以及核与核之间的高速对撞。刚开始相撞时产生强子喷注和双轻子对重味夸克等。原子核内部的部分子通过高能碰撞释出,形成高密度的物质,继承了强相互作用,出现椭圆流。热化后即夸克胶子等离子体。最后膨胀冷却,在局域热平衡区域,形成相互之间离得越来越远的相互作用可以忽略的强子,被探测器接收。近年来,在大型强子物理实验中(比如RHIC和LHC)中出现了各种有趣的现象,如P/CP宇称为奇、手征磁效应(CME)、手征涡旋效应(CVE)和反常系数,成为新兴的理论焦点。
众所周知,量子色动力学在低能区微扰方法不适用。t’Hooft最早提出大N极限来研究,用QCD的色自由度N作为展开参数,当N趋于无穷大时,强相相互作用理论变为弱耦合的经典理论。SU(N)理论视为N张重合D膜上的理论。SU(N)理论微扰展开的费曼图由平面上的圈图变为闭合黎曼面的拓扑展开,对应于D膜在高维时空中的引力微扰展开。作为这种AdS/CFT对偶的推广,规范/引力对偶研究量子色动力学的非微扰性质。
4维SU(N)规范理论包含耦合系数(能标)和色自由度N。当N无限大时’tHooft耦合系数固定。记SU(N)的伴随场为,作用量为
重标度后
大N极限下,夸克带SU(N)基础表示指标,用单线表示,胶子带伴随表示指标,因为有生成元,故可视为正反基本表示直乘分解得到的。
对任意关联函数的微扰展开
其中g是亏格。圈图修正被大N压低。
对同一个物理系统的不同参数区域有不同的低能有效理论。以D3膜为例:(1)当时,即在离D3膜很远时
,,当r很大时有(是曲率标量),此度规是渐进平坦的()。按曲率逐级展开的弦理论作用量,
高阶修正不重要,所以得到的是超引力理论。(2)当时,即在离D3膜很近时
因为,令,,且固定有限,所以得到的是引力退耦的纯Yang-Mills理论。因为可以直接计算验证曲率不变量在时变化缓慢,所以超引力理论能延拓至,等效替代Yang-Mills理论,实现规范/引力对偶。
bulk中超引力理论对偶于边界上t’Hooft常数很大的场论。因为当t’Hooft常数足够大时,在膜附近的近视界区域,超引力理论与膜上的规范理论可以独立描述。换言之,在大N极限下得到引力退耦的Yang-Mills理论。因为当bulk中场取其边界值时,引力的配分函数和边界场论的配分函数相等,
相应与耦合的边界上算符的关联函数可由bulk中运动方程得到。
类似于超引力中的极端黑洞解,极端膜解得近视界结构也助于实现规范/引力对偶。开弦两端的Chan-Paton自由度可用来实现全息模型中的味自由度。开弦动量,故T对偶后缠绕数是分数的,端点落在不同的D膜上。则一端在第i个D膜上,另一端在第j个D膜上的开弦质量谱
如果是n个重合D膜,开弦端点的具有U(n)规范对称性。
因是夸克具有味和色自由度。D4膜代表色膜,D8膜代表味膜。D膜的低能动力学可由其上激发的规范场描述。D膜会有开弦激发。弦的一端在D4色膜,一端在D8味膜,产生的规范场自由度,恰好是群的基础表示,可以代表一个夸克。反夸克则是D4膜和反D8膜。个夸克构成一个重子。场论中取。因为,没有同时垂直于D4膜与D8膜的方向,故而对偶场论的夸克是无质量的。该超引力背景需在D4膜的某一个方向,这里选定第4维,进行紧致化。D4占据前4维,并在紧致维度上对费米子取反周期边界条件。这样超对称被完全破坏。低能超引力可由bulk中的经典引力理论或膜上的规范理论在近视界区域描述。
Einstein框架下的Type IIA超引力D0-D4解,
,,
其中
, ,
,
.
伸缩子
通常取伸缩子无真空的部分。,,和分别为单位四维球的线元,单位四维球的体积形式,D4膜的世界体体积以及单位四维球的体积。和分别代表D0膜和D4膜的数量。弦参数。是弦长,是弦质量标度。i,j指1、2、3三个维度,(1+3)维和以及U构成类.最后一项是.是视界半径。,均为Harmonic函数形式,都是3次幂体现了D0膜弥散(在D4膜上)于空间3维中。D0膜的密度体现在里。而D0膜在与U方向都有,奇点在视界内,是周期性的,视作时间。
取R远大于,U在视界附近,即近视界表示。在时间和紧致维做双Wick转动后,弦框架下的形式:
,
,,
场强是D0膜耦合的1-形式规范场产生的,是2维球上的流。由运动方程得到A和B。
,
Kaluza-Klein质量参数
以上是D0-D4 bubble背景度规。另外有一种D0-D4黑膜背景度规。交换与,弦框架下的近视界形式:
其中