Chirale Symmetrie, Confinement und die Hadronenmassengenerierung

Quantenchromodynamik (QCD), eine fundamentale Theorie der starken Wechselwirkungen von Quarks und Gluonen, die verantwortlich für die Existenz und Struktur der Hadronen ist, wird im farbeinschließenden (confining) Sektor durch spontane Brechung der chiralen Symmetrie realisiert. Die Antwort zu einer Schlüsselfrage der Massenerzeugung von Hadronen ist jedoch noch nicht bekannt. Sind Farbeinschluss (confinement) und dynamische chirale Symmetriebrechung miteinander verbunden und welchen Beitrag liefern sie zur Hadronmasse? Wir wollen diese Frage sorgfältig analysieren. Zu diesem Zweck verwenden wir die Gitter-QCD, um zu überprüfen, zu welchem Anteil die Hadronmasse mit dem Quarkkondensat des Vakuums in Verbindung steht und ob Hadronen in einer Welt ohne Brechung der chiralen Symmetrie im Vakuum existieren würden. Wenn ja, was passiert mit ihren Massen und welche Symmetrien besitzen sie in diesem Bereich? Zu diesem Zweck werden wir mithilfe dynamischer Gittersimulationen mit dem Overlap-Dirac Operator, der manifest chiral symmetrisch ist, den Einfluss untersuchen, den niedrig-liegende und höher-liegende Eigenmoden des Diracoperators auf die Existenz und Symmetrieeigenschaften von Hadronen haben.

Quantenchromodynamik (QCD) ist eine fundamentale Theorie, um die starke Wechselwirkung von Quarks und Gluonen, den Bausteinen von Teilchen wie Protonen und Neutronen, zu beschreiben. Einzelne Quarks oder Gluonen wurden noch nie in einem Experiment gemessen, diese Eigenschaft der QCD wird Confinement genannt. Quarks und Gluonen sind in messbaren Teilchen, wie den Protonen und Neutronen, eingeschlossen. 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. In Computersimulationen konnten wir Hadronen auch nach einer künstlichen Wiederherstellung der chiralen Symmetrie nachweisen. Wir haben eine neue Symmetrie der Hadrons in diesem Regime entdeckt, welche höher ist als die chirale Symmetrie. Die neue Symmetrie wurde auch durch eine Computersimulation von QCD bei sehr hoher Temperatur nachgewiesen. Diese höhere Symmetrie würde bedeuten, dass keine einzelnen Quarks und Gluonen existieren, und die QCD Materie bei sehr hohen Temperaturen eine kompliziertere Form als das Quark-Gluon-Plasma annimmt. Das sollte mehr Informationen über die elementaren Freiheitsgrade der QCD bei sehr hohen Temperaturen liefern.