Переписка AdS/QCD

В теоретической физике соответствие антиде Ситтера/квантовой хромодинамики является целью (еще не достигнутой) описать квантовую хромодинамику (КХД) в терминах двойной гравитационной теории, следуя принципам соответствия AdS/CFT в установке, где Квантовая теория поля не является конформной теорией поля .

История

Предложение о переписке AdS/CFT в конце 1997 года стало кульминацией долгой истории попыток связать теорию струн с ядерной физикой . ^[1] Фактически, теория струн была первоначально разработана в конце 1960-х и начале 1970-х годов как теория адронов , субатомных частиц, таких как протон и нейтрон , которые удерживаются вместе сильными ядерными силами . Идея заключалась в том, что каждую из этих частиц можно рассматривать как отдельный режим колебаний струны. В конце 1960-х годов экспериментаторы обнаружили, что адроны делятся на семейства, называемые траекториями Редже, с квадратом энергии, пропорциональным угловому моменту , а теоретики показали, что это соотношение естественным образом вытекает из физики вращающейся релятивистской струны. ^[2]

С другой стороны, попытки смоделировать адроны как струны столкнулись с серьезными проблемами. Одна из проблем заключалась в том, что теория струн включает безмассовую частицу со спином 2, тогда как в физике адронов такая частица не встречается. ^[1] Такая частица будет передавать силу со свойствами гравитации. В 1974 году Джоэл Шерк и Джон Шварц предположили, что теория струн, таким образом, является не теорией ядерной физики, как думали многие теоретики, а теорией квантовой гравитации . ^[3] В то же время стало понятно, что адроны на самом деле состоят из кварков , и от подхода теории струн отказались в пользу квантовой хромодинамики . ^[1]

В квантовой хромодинамике кварки обладают своего рода зарядом , который бывает трех разновидностей, называемых цветами . В статье 1974 года Джерард 'т Хофт исследовал взаимосвязь между теорией струн и ядерной физикой с другой точки зрения, рассматривая теории, подобные квантовой хромодинамике, где количество цветов представляет собой некоторое произвольное число. $N$ , а не три. В этой статье 'т Хофт рассмотрел определенный предел, при котором $N$ стремится к бесконечности и утверждал, что в этом пределе некоторые вычисления в квантовой теории поля напоминают вычисления в теории струн. ^[4]

В конце 1997 года Хуан Малдасена опубликовал знаковую статью, положившую начало изучению AdS/CFT. В одном частном случае предложения Малдасены говорится, что N = 4 суперсимметричная теория Янга – Миллса , калибровочная теория, в некотором смысле похожая на квантовую хромодинамику, эквивалентна теории струн в пятимерном анти-де Ситтеровском пространстве . Этот результат помог прояснить более раннюю работу 'т Хофта о взаимосвязи между теорией струн и квантовой хромодинамикой, вернув теорию струн к ее истокам как теории ядерной физики. ^[5]

Приложения AdS/CFT

Одной физической системой , которая изучалась с использованием соответствия AdS/CFT, является кварк-глюонная плазма , экзотическое состояние материи, создаваемое в ускорителях частиц . Это состояние вещества возникает на короткие мгновения, когда тяжелые ионы, такие как золота или свинца, ядра сталкиваются при высоких энергиях. Такие столкновения заставляют кварки, составляющие атомные ядра, разграничиваться при температурах примерно в два триллиона Кельвинов , условиях, аналогичных тем, которые существуют при температуре около $10^{-11}$ секунд после Большого взрыва . ^[6]

Физика кварк-глюонной плазмы определяется квантовой хромодинамикой, но эта теория математически неразрешима в задачах, связанных с кварк-глюонной плазмой. ^[7] В статье, появившейся в 2005 году, Дам Тхань Сон и его сотрудники показали, что соответствие AdS/CFT можно использовать для понимания некоторых аспектов кварк-глюонной плазмы, описывая ее на языке теории струн. ^[8] Применяя соответствие AdS/CFT, Сан и его коллеги смогли описать кварк-глюонную плазму в терминах черных дыр в пятимерном пространстве-времени. Расчет показал, что соотношение двух величин, связанных с кварк-глюонной плазмой, сдвиговой вязкости $\eta$ и объемная плотность энтропии $s$ , должно быть примерно равно некоторой универсальной константе :

{\frac {\eta }{s}}\approx {\frac {\hbar }{4\pi k}}

где $\hbar$ обозначает приведенную постоянную Планка и $k$ — постоянная Больцмана . ^[9] Кроме того, авторы предположили, что эта универсальная константа дает нижнюю оценку $\eta /s$ в большом классе систем. В эксперименте, проведенном на релятивистском коллайдере тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории , экспериментальный результат в одной модели был близок к этой универсальной константе, но в другой модели это было не так. ^[10]

Еще одним важным свойством кварк-глюонной плазмы является то, что кварки очень высоких энергий, движущиеся через плазму, останавливаются или «гасятся» после прохождения всего нескольких фемтометров . Это явление характеризуется рядом ${\widehat {q}}$ называемый параметром гашения струи , который связывает потерю энергии такого кварка с квадратом расстояния, пройденного через плазму. Расчеты на основе соответствия AdS/CFT дают оценочную стоимость ${\widehat {q}}$ ~ 4 ГэВ ²/fm и экспериментальное значение ${\widehat {q}}$ лежит в диапазоне 5–15 ГэВ ²/фм . ^[11]

Критика

Несмотря на то, что многие физики обращаются к струнным методам для решения проблем ядерной физики и физики конденсированного состояния, некоторые теоретики, работающие в этих областях, выражают сомнения относительно того, может ли соответствие AdS/CFT предоставить инструменты, необходимые для реалистичного моделирования систем реального мира. В своем выступлении на конференции Quark Matter в 2006 году ^[12] Ларри Маклерран отметил, что $N=4$ Теория супер Янга – Миллса, возникающая в соответствии AdS/CFT, существенно отличается от квантовой хромодинамики, что затрудняет применение этих методов к ядерной физике. По словам Маклеррана,

" $N=4$ суперсимметричный Янга – Миллса не является КХД ... Он не имеет масштаба массы и конформно инвариантен. Он не имеет ограничения и постоянной константы связи. Он суперсимметричен. Он не имеет нарушения киральной симметрии или образования массы. В присоединенном представлении он имеет шесть скаляров и фермионов... Возможно, удастся исправить некоторые или все вышеперечисленные проблемы, или, для различных физических проблем, некоторые возражения могут оказаться неактуальными. Пока еще не существует ни консенсуса, ни убедительных аргументов в пользу предполагаемых решений или явлений, которые могли бы гарантировать, что $N=4$ суперсимметричные результаты Янга Миллса будут надежно отражать КХД». ^[12]

См. также

Переписка AdS/CMT

Примечания

^ Jump up to: ^а ^б ^с Цвибах 2009, с. 525
^ Ахарони и др. 2008, с. 1.1
^ Шерк и Шварц, 1974 г.
^ 'т Хофт 1974
^ Ахарони и др. 2008 год
^ Цвибах 2009, с. 559
^ Точнее, нельзя применять методы пертурбативной квантовой теории поля.
^ Ковтун, Сын и Старинец 2005 г.
^ Цвибах 2009, с. 561; Ковтун, Сын и Старинец 2005 г.
^ Лузум и Ромачке, 2008, Конформная релятивистская вязкая гидродинамика: приложения к результатам RHIC при sqrt (s_NN) = 200 ГэВ, Часть IV. С.
^ Zwiebach, 2009, Первый курс теории струн, с. 561
^ Jump up to: ^а ^б МакЛерран 2007 г.

Ссылки

Ахарони, Офер; Губсер, Стивен; Мальдасена, Хуан; Оогури, Хироси; Оз, Ярон (2000). «Теории больших N-полей, теория струн и гравитация». Физ. Представитель . 323 (3–4): 183–386. arXiv : hep-th/9905111 . Бибкод : 2000PhR...323..183A . дои : 10.1016/S0370-1573(99)00083-6 . S2CID 119101855 .
Ковтун, ПК; Сын, Дам Т.; Старинец, АО (2005). «Вязкость в сильно взаимодействующих квантовых теориях поля из физики черных дыр». Письма о физических отзывах . 94 (11): 111601. arXiv : hep-th/0405231 . Бибкод : 2005PhRvL..94k1601K . doi : 10.1103/PhysRevLett.94.111601 . ПМИД 15903845 . S2CID 119476733 .
Лузум, Мэтью; Ромачке, Пол (2008). «Конформная релятивистская вязкая гидродинамика: приложения к результатам RHIC в ${\sqrt {s_{NN}}}$ = 200 ГэВ». Physical Review C. 78 ( 3): 034915. arXiv : 0804.4015 . Bibcode : 2008PhRvC..78c4915L . doi : 10.1103/PhysRevC.78.034915 .
Маклерран, Ларри (2007). «Краткий обзор теории: кварковая материя 2006». Журнал физики G: Ядерная физика и физика элементарных частиц . 34 (8): С583–С592. arXiv : hep-ph/0702004 . Бибкод : 2007JPhG...34S.583M . дои : 10.1088/0954-3899/34/8/S50 . S2CID 16238211 .
Мерали, Зия (2011). «Коллаборативная физика: теория струн находит товарища по скамейке запасных» . Природа . 478 (7369): 302–304. Бибкод : 2011Natur.478..302M . дои : 10.1038/478302a . ПМИД 22012369 .
Шерк, Жоэль ; Шварц, Джон (1974). «Двойные модели для неадронов». Ядерная физика Б . 81 (1): 118–144. Бибкод : 1974НуФБ..81..118С . дои : 10.1016/0550-3213(74)90010-8 .
'т Хоофт, Джерард (1974). «Теория плоских диаграмм сильных взаимодействий» . Ядерная физика Б . 72 (3): 461–473. Бибкод : 1974НуФБ..72..461Т . дои : 10.1016/0550-3213(74)90154-0 .
Цвибах, Бартон (2009). Первый курс теории струн . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-88032-9 .

[Zwiebach_2009,_p.525-1] Jump up to: ^а ^б ^с Цвибах 2009, с. 525

[2] Ахарони и др. 2008, с. 1.1

[3] Шерк и Шварц, 1974 г.

[4] 'т Хофт 1974

[5] Ахарони и др. 2008 год

[6] Цвибах 2009, с. 559

[7] Точнее, нельзя применять методы пертурбативной квантовой теории поля.

[8] Ковтун, Сын и Старинец 2005 г.

[9] Цвибах 2009, с. 561; Ковтун, Сын и Старинец 2005 г.

[10] Лузум и Ромачке, 2008, Конформная релятивистская вязкая гидродинамика: приложения к результатам RHIC при sqrt (s_NN) = 200 ГэВ, Часть IV. С.

[11] Zwiebach, 2009, Первый курс теории струн, с. 561

[McLarren_2007-12] Jump up to: ^а ^б МакЛерран 2007 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]