Chirale Eigenschaften quarkyonischer Materie und Hadronen

Quanten-Chromo-Dynamik (QCD), eine fundamentale Theorie der starken Wechselwirkungen von Quarks und Gluonen, bei niedrigen Temperaturen und Dichten ist realisiert in der "confining mode" mit spontaner Brechung der chiralen Symmetrie. Vor kurzem wurde argumentiert, das bei niedriger Temperatur und verhältnismäßig hohen Dichten eine neue Phase existieren müsste, genannt quarkyonic matter. Eine wichtige Eigenschaft ist, dass die deconfining und chiral restoration Phasenübergänge bei niedrigen Temperaturen separiert werden können und deshalb sollte auch eine confining, aber chiral symmetrische Phase existieren. Die einzigen erlaubten Anregungen in dieser Materie sind confined, aber chiral symmetrische Hadronen. Wir möchten diese Phase sorgfältig untersuchen, um sie mikroskopisch zu verstehen. Innerhalb dieser Phase ist die Hadronenmasse mit manifest chiral symmetrischer Dynamik erzeugt. Dies ist konsistent mit einer kürzlich vorgeschlagenen effektiven chiralen Restoration in angeregten Hadronen bei Temperatur und Dichte Null. Aufgrund dieses Szenarios kommt das meiste der Masse der hoch-angeregten Hadronen von der manifest chiral-invarianten Dynamik. Eine definitive Vorhersage in diesem Szenario ist das loslösen der Zustände von Pionen und kleine axiale Kopplungen. Die diagonalen axialen Kopplungen der angeregten Zustände können nicht experimentell gemessen werden, aber auf dem Gitter studiert werden. Wir möchten Gitter Monte-Carlo Techniken anwenden, um die axialen Kopplungen der angeregten Baryonen zu studieren und dadurch Einblick in den Mechanismus der Massenerzeugung bekommen.

Hadronen bestehen aus Quarks und Gluonen und sind der starken Wechselwirkung unterworfen. Eine fundamentale Theorie, die Quarks und Gluonen beschreibt, ist Quantenchromodynamik (QCD). Zwei wesentliche Eigenschaften dieser Theorie sind Confinement und chirale Symmetrie. Confinement bedeutet, dass ausschließlich Hadronen direkt beobachtet werden können, nicht aber Quarks und Gluonen, die in Hadronen "gefangen" sind. Die Massen von up- und down-Quarks sind bedeutend kleiner als die Massen von Hadronen, zu denen beispielsweise Proton und Neutron zählen. Die kleinen Massen der up- und down-Quarks können in guter Näherung vernachlässigt werden. Diese Näherung führt zur sogenannten chiralen Symmetrie der Quantenchromodynamik. Massen von Hadronen werden durch Confinement und spontane (dynamische) Brechung der chiralen Symmetrie erzeugt. Wir haben die Folgen der spontanen Brechung der chiralen Symmetrie im beobachtbaren Hadronspektrum untersucht. Während diese Symmetriebrechung wesentlichen Einfluss auf die Massen der Grundzustände von Hadronen hat, ist ihre Einflussnahme auf Hadronen mit großem Spin gering. Dieses Phänomen wird als effektive Wiederherstellung der chiralen Symmetrie bezeichnet. In Computersimulationen konnten wir Hadronen auch nach einer künstlichen Wiederherstellung der chiralen Symmetrie nachweisen. Dies ist ein Hinweis darauf, dass Hadronen mit annähernd chiraler Symmetrie weit oben im Spektrum existieren könnten und es womöglich eine Phase gibt, in der Materie aus chiral symmetrischen Hadronen aufgebaut ist. Ein Modell, welches diesen Materiezustand bei niedrigen Temperaturen und hoher Dichte beschreibt, wurde konstruiert und untersucht. Als weiteren Aspekt konnten wir den intrinsischen Drehimpuls einiger Hadronen mit einer Brechung der chiralen Symmetrie in Verbindung bringen und diesem Zusammenhang in Computersimulationen genauer nachgehen.