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)图片1.png和色自由度N。当N无限大时’tHooft耦合系数图片2.png固定。记SU(N)的伴随场为图片3.png,作用量为

图片4.png    

重标度图片5.png

    图片6.png    

图片7.png

   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

     图片8.png            

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

   图片9.png   

图片10.png图片11.png,当r很大时有图片12.png图片13.png是曲率标量),此度规是渐进平坦的(图片14.png)。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)当图片15.png时,即在离D3膜很近时

      图片16.png                    

因为图片17.png,令图片18.png图片19.png,且图片20.png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图片21.png图片22.png时变化缓慢,所以超引力理论能延拓至图片23.png,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,

图片24.png                 

相应与图片25.png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。开弦动量图片26.png,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

图片27.png       

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,恰好是图片28.png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。图片29.png个夸克构成一个重子。场论中取图片30.png。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,

图片31.png

图片32.png,图片33.png,图片34.png

其中

     图片35.png,    图片36.png,      图片37.png 

     图片38.png,              

     图片39.png.                

伸缩子

           图片40.png

通常取伸缩子无真空的部分图片41.png图片42.png图片43.png图片44.png图片45.png分别为单位四维球图片51.png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。图片46.png图片47.png分别代表D0膜和D4膜的数量。弦参数图片48.png图片52.png是弦长,图片53.png是弦质量标度。i,j指1、2、3三个维度,(1+3)维和图片54.png以及U构成类图片55.png.最后一项是图片51.png.图片56.png是视界半径。图片57.png,图片58.png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膜的密度体现在图片57.png里。而D0膜在图片59.png与U方向都有,奇点在视界内,图片59.png是周期性的,视作时间。

取R远大于图片56.png,U在视界图片56.png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:

图片60.png

图片61.png图片62.png

图片63.png图片64.png图片65.png

图片66.png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。

图片67.png图片68.png

Kaluza-Klein质量参数

             图片69.png

以上是D0-D4 bubble背景度规。另外有一种D0-D4黑膜背景度规。交换图片70.png图片59.png,弦框架下的近视界形式:

 图片71.png

其中图片72.png