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我们知道,在标准模型中,描述强相互作用的量子色动力学是具有SU(3)c对称性的非阿贝尔规范理论。因为SU(3)群是非阿贝尔群,胶子之间有自相互作用,所以在现有的夸克味道数(目前只有六个)下其跑动耦合常数αs(μ)有负的β(μ)函数。于是在QCD的高能区域,耦合常数αs(μ)很小,具有渐近自由的性质,因此微扰论在高能区域是可行的。然而在QCD的低能区域,由于耦合常数αs(μ)变的很大,微扰的方法将不再适用,在QCD中_的理论计算将变得十分困难。目前,人们还没有找到能从第一原理出发解决低能QCD问题的方法。
由Maldacena于1997年提出的一个联系了强耦合的共形场论(ConformalField Theory(CFT))与在AdS5×S5上TypeⅡB的超引力理论的对偶关系,给我们解决低能QCD问题带来了新的曙光。目前为止,人们对于如何应用AdS/CFT对偶关系有两种不同的思路:一种被称之为从上到下,还有一种被称之为从下到上。前者的方法从弦论出发改变引力背景以此得到QCD的基本特征。而后者的方法受AdS/CFT对偶启发被称为唯象的AdS/QCD模型。
目前在AdS/QCD模型已经取得的重要成果包括在硬墙截断AdS/QCD模型下得到的手征对称性破缺和在软墙截断AdS/QCD模型下得到的线性的介子共振态质量谱。然而,对于硬墙截断AdS/QCD模型,它预言的介子共振态的质量谱与实验值不符合。对于软墙截断AdS/QCD模型,它与手征对称性的自发破缺相矛盾。因此如何自然的在一个AdS/QCD模型中包含上述两个重要特征仍然是一个有趣的有挑战性的任务。
本文主要讨论了AdS/QCD模型的进展和现状,以及在AdS/QCD模型中手征对称性破缺现象的描述和轻介子质量谱的计算。为了使我们的讨论完整,我们在第一章中简单介绍了QCD手征对称性和手征对称破缺的基础知识,同时也讨论了硬墙截断AdS/QCD模型和软墙截断AdS/QCD模型,给出了AdS/QCD模型所用的基本的符号语言。
在第二章中,介绍了我们所做的修改5-D度规红外行为的软墙截断的AdS/QCD模型并且演示了手征对称性破缺现象和介子共振态质量谱的线性关系可以相容在一个模型中。在这个模型中,改进度规的红外行为是为了得到一个非平膺的dilaton的解,以至于可以轻松得到介子共振态的线性质量谱以及手征对称性的自发破缺。计算结果表明对于赝标量,标量,矢量,轴矢量介子共振态的质量谱与实验值都符合的很好。为了保证标量场的势稳定,通过用一个有正确符号和大小的四次方项来讨论高阶项的效应。
在第三章中,我们把有红外修正的软墙截断AdS/QCD模型应用到三个味道的情形下,并且很好的解释了SUL(3)×SUR(3)和UL(1)×UR(1)对称性破缺以及可以得到与实验值相比符合的很好的介子共振态质量谱的理论预言。同时,我们也增加了两项四次方高阶修正项用来提高SU(3)八重态和单态的质量谱尤其是基态质量。我们可以证明在作用量中添加破坏手征U(1)对称性的四次方高阶修正项(TΥln X-TΥ ln X+)2TΥ(XX+)只会对赝标量介子单态造成影响,因此可以得到与实验值符合的非常好的赝标量介子质量谱。而添加的另一项高阶修正项i(DMX+DNX-DNX+DMX)ANM只影响轴矢量的运动方程,所以可以得到与实验值符合的非常好的轴矢量介子质量谱。在本章中我们还讨论了SU(3)八重态中的同位旋单态和单态之间的质量混合项效应,得到的混合角很小。同时通过在作用量里添加determinant项Det[X]来讨QCD的瞬子效应,从结果中我们可以看到对于介子的基态质量有了改善。
在最后一章中,我们对之前的工作取得的进展做了总结,也讨论了之后需要我们继续改进的地方。
在附录中我们给出了一些具体的计算细节。