Korespondencja AdS/QCD

W fizyce teoretycznej zgodność anty -de Sittera/chromodynamiki kwantowej jest celem (jeszcze nie pomyślnie osiągniętym) opisania chromodynamiki kwantowej (QCD) w kategoriach teorii podwójnej grawitacji, zgodnie z zasadami korespondencji AdS/CFT w układzie, w którym kwantowa teoria pola nie jest konforemną teorią pola .

Historia

Odkrycie korespondencji AdS/CFT pod koniec 1997 r. było zwieńczeniem długiej historii wysiłków zmierzających do powiązania teorii strun z fizyką jądrową . W rzeczywistości teoria strun została pierwotnie opracowana pod koniec lat sześćdziesiątych i wczesnych siedemdziesiątych jako teoria hadronów , cząstek subatomowych , takich jak proton i neutron , które są utrzymywane razem przez silne oddziaływanie jądrowe . Pomysł polegał na tym, że każdą z tych cząstek można postrzegać jako inny tryb oscylacji struny. Pod koniec lat 60. eksperymentatorzy odkryli, że hadrony należą do rodzin zwanych trajektoriami Regge'a z kwadratem energii proporcjonalnym do momentu pędu , a teoretycy wykazali, że związek ten wyłania się naturalnie z fizyki obracającej się relatywistycznej struny.

Z drugiej strony próby modelowania hadronów jako strun napotkały poważne problemy. Jednym z problemów było to, że teoria strun obejmuje bezmasową cząstkę o spinie 2 , podczas gdy żadna taka cząstka nie pojawia się w fizyce hadronów. Taka cząstka pośredniczyłaby w działaniu siły o właściwościach grawitacji. W 1974 roku Joël Scherk i John Schwarz zasugerowali, że teoria strun nie jest teorią fizyki jądrowej, jak sądziło wielu teoretyków, ale teorią grawitacji kwantowej . Jednocześnie zdano sobie sprawę, że hadrony są w rzeczywistości zbudowane z kwarków i porzucono podejście oparte na teorii strun na rzecz chromodynamiki kwantowej .

W chromodynamice kwantowej kwarki mają rodzaj ładunku , który występuje w trzech odmianach zwanych kolorami . W artykule z 1974 roku Gerard 't Hooft zbadał związek między teorią strun a fizyką jądrową z innego punktu widzenia, rozważając teorie podobne do chromodynamiki kwantowej, w której liczba kolorów jest raczej dowolną liczbą niż N {\ displaystyle $}$ trzy. W tym artykule 't Hooft rozważał pewną granicę, w której $nieskończoności$ i argumentował, że w tej granicy pewne obliczenia w kwantowej teorii pola przypominają obliczenia w teorii strun.

Pod koniec 1997 roku Juan Maldacena opublikował przełomowy artykuł, który zapoczątkował badania nad AdS/CFT. Jeden szczególny przypadek propozycji Maldaceny mówi, że N = 4 supersymetryczna teoria Yanga-Millsa , teoria cechowania podobna pod pewnymi względami do chromodynamiki kwantowej, jest równoważna teorii strun w pięciowymiarowej przestrzeni anty-de Sittera . Wynik ten pomógł wyjaśnić wcześniejsze prace 't Hoofta dotyczące związku między teorią strun a chromodynamiką kwantową, przywracając teorię strun do jej korzeni jako teorii fizyki jądrowej.

Zastosowania AdS/CFT

Jednym z układów fizycznych , który badano za pomocą korespondencji AdS/CFT, jest plazma kwarkowo-gluonowa , egzotyczny stan materii wytwarzany w akceleratorach cząstek . Ten stan materii pojawia się na krótką chwilę, gdy ciężkie jony , takie jak jądra złota lub ołowiu , zderzają się przy wysokich energiach. Takie zderzenia powodują, że kwarki tworzące jądra atomowe rozpadają się w temperaturach około dwóch $10$ kelwinów , podobnych do tych występujących około sekund po Wielkim Wybuchu .

Fizyką plazmy kwarkowo-gluonowej rządzi chromodynamika kwantowa, ale teoria ta jest matematycznie trudna do rozwiązania w przypadku problemów związanych z plazmą kwarkowo-gluonową. W artykule, który ukazał się w 2005 roku, Đàm Thanh Sơn i jego współpracownicy wykazali, że korespondencja AdS/CFT może być wykorzystana do zrozumienia niektórych aspektów plazmy kwarkowo-gluonowej poprzez opisanie jej w języku teorii strun. Stosując zgodność AdS/CFT, Sơn i jego współpracownicy byli w stanie opisać plazmę kwarkowo-gluonową w kategoriach czarnych dziur w pięciowymiarowej czasoprzestrzeni. Obliczenia wykazały, że stosunek dwóch wielkości związanych z plazmą kwarkowo-gluonową, $displaystyle \$ ścinania i objętościową gęstością entropii , powinien być $eta}$ przybliżeniu równy pewnej uniwersalnej stałej : η {\

{\ Displaystyle {\ Frac {\ eta} {s}} \ około {\ Frac {\ hbar} {4 \ pi k}}}

gdzie $stałą$ zredukowaną stałą Plancka i $jest$ . _ Ponadto autorzy przypuszczali, że ta uniwersalna stała zapewnia $granicę$ klasy systemów . W 2008 roku przewidywana wartość tego stosunku dla plazmy kwarkowo-gluonowej została potwierdzona w relatywistycznym zderzaczu ciężkich jonów w Brookhaven National Laboratory .

Inną ważną właściwością plazmy kwarkowo-gluonowej jest to, że poruszające się w niej kwarki o bardzo wysokiej energii są zatrzymywane lub „gaszane” po przebyciu zaledwie kilku femtometrów . Zjawisko to charakteryzuje się liczbą zwaną parametrem gaszenia strumienia $, która wiąże utratę energii takiego kwarku z kwadratową$ przez plazmę. Obliczenia oparte na korespondencji AdS / CFT pozwoliły teoretykom oszacować $przydatna$ a wyniki zgadzają się z grubsza ze zmierzoną wartością tego parametru, co sugeruje, że korespondencja AdS / CFT do głębszego zrozumienia tego zjawiska.

Krytyka

Pomimo tego, że wielu fizyków zwraca się ku metodom opartym na strunach w celu rozwiązywania problemów w fizyce jądrowej i materii skondensowanej, niektórzy teoretycy pracujący w tych obszarach wyrazili wątpliwości, czy korespondencja AdS/CFT może zapewnić narzędzia potrzebne do realistycznego modelowania rzeczywistych systemów. W przemówieniu na konferencji Quark Matter w 2006 roku Larry McLerran zwrócił uwagę, że $, znacznie różni$ chromodynamiki kwantowej, co utrudnia zastosować te metody w fizyce jądrowej. Według McLerrana,

" $Supersymetryczny$ Yang-Mills nie jest QCD ... Nie ma skali masy i jest konformalnie niezmienny. Nie ma ograniczeń ani stałej sprzężenia. Jest supersymetryczny. Nie łamanie lub generowanie masy. Ma sześć skalarów i fermionów w sprzężonej reprezentacji… Może być możliwe naprawienie niektórych lub wszystkich powyższych problemów lub, w przypadku różnych problemów fizycznych, niektóre zastrzeżenia mogą nie być istotne. Jak dotąd nie ma $,$ które zapewniłyby, że supersymetryczne wyniki Yanga Millsa wiarygodnie odzwierciedlałyby QCD”.

Zobacz też

Korespondencja AdS/CMT

Notatki

Aharony, Ofer; Gubser, Steven; Maldacena, Juan; Ooguri, Hirosi; Oz, Yaron (2000). „Teorie pola dużego N, teoria strun i grawitacja”. fizyka przedstawiciel _ 323 (3–4): 183–386. arXiv : hep-th/9905111 . Bibcode : 1999PhR...323..183A . doi : 10.1016/S0370-1573(99)00083-6 . S2CID 119101855 .
Kowtun, PK; Syn Dam T.; Starines, AO (2005). „Lepkość w silnie oddziałujących kwantowych teoriach pola z fizyki czarnych dziur”. Fizyczne listy przeglądowe . 94 (11): 111601. arXiv : hep-th/0405231 . Bibcode : 2005PhRvL..94k1601K . doi : 10.1103/PhysRevLett.94.111601 . PMID 15903845 . S2CID 119476733 .
Luzum, Mateusz; Romatschke, Paul (2008). „Konformalna relatywistyczna hydrodynamika lepkości: zastosowania do wyników RHIC przy ${\ displaystyle {\ sqrt {s_ {NN}}} = 200}$ GeV". Przegląd fizyczny C. 78 (3). ar Xiv : 0804.4015 . Bibcode : 2008PhRvC..78c4915L . doi : 10.1103/PhysRevC.78.034915 .
McLerran, Larry (2007). „Podsumowanie teorii: materia kwarkowa 2006”. Journal of Physics G: Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych . 34 (8): S583–S592. arXiv : hep-ph/0702004 . Bibcode : 2007JPhG...34S.583M . doi : 10.1088/0954-3899/34/8/S50 . S2CID 16238211 .
Merali, Zeeya (2011). „Fizyka współpracująca: teoria strun znajduje kolegę z ławki” . Natura . 478 (7369): 302–304. Bibcode : 2011Natur.478..302M . doi : 10.1038/478302a . PMID 22012369 .
Scherk, Joël ; Schwarz, Jan (1974). „Podwójne modele dla nie-hadronów”. Fizyka Jądrowa B. 81 (1): 118–144. Bibcode : 1974NuPhB..81..118S . doi : 10.1016/0550-3213(74)90010-8 .
't Hooft, Gerard (1974). „Teoria diagramów planarnych dla oddziaływań silnych” . Fizyka Jądrowa B. 72 (3): 461–473. Bibcode : 1974NuPhB..72..461T . doi : 10.1016/0550-3213(74)90154-0 .
Zwiebach, Barton (2009). Pierwszy kurs teorii strun . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . ISBN 978-0-521-88032-9 .