Infrarotexponenten und ihre Implikationen für Confinement und die Substruktur der Hadronenen in Landau- und Coulomb-Eichungs-QCD

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Alkofer
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5434615

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Als Hadronen bezeichnet man all jene Elementarteilchen, die der Starken Wechselwirkung unterliegen. Einerseits sind sie zusammengesetzte Objekte, andererseits lassen sie sich nicht in ihre Konstituenten zerlegen. Die Erklärung dieses Phänomens, welches die Elementarteilchenphysiker Confinement nennen, hat sich als eines der schwierigsten Probleme der modernen Physik erwiesen, es wurde sogar vom Clay Mathematics Institute of Cambridge als eines von sieben Millenium Problems klassifiziert. Viele verschiedene Zugänge zum Problem des Quark-Confinements wurden in den letzten Jahren studiert. Etliche davon erwiesen sich als nicht haltbar. In diesem Projekt betrachteten wir funktionale Beschreibungen der Quanteneichfeldtheorien, um das Infrarotverhalten der Korrelationsfunktionen der zugrundeliegenden Theorie, der sogenannten Quantenchromodynamik, zu bestimmen. Diese Funktionen erfüllen verschiedene Gleichungssysteme wie z.B. die sogenannten Dyson-Schwinger-Gleichungen. Entgegen früheren Annahmen hat sich herausgestellt, dass zumindest in kovarianten Eichungen der sogenannte Gluonpropagator nicht infrarotdivergent ist. Vieles deutet darauf hin, dass ganz im Gegenteil der Gluonpropagator für kleine Impulse verschwindet. Dies würde zu einer direkten Erklärung für das Confinement der Gluonen führen: Gluonen können Hadronen nicht verlassen, da sie nicht über grössere Distanzen propagieren, sie interferieren stattdessen destruktiv. Damit ist allerdings die Frage des Quark-Confinements in einem solchen Bild völlig neu gestellt. In diesem Projekt ist es gelungen, die gekoppelten Gleichungen für den Quark- Propagator und die Quark-Gluon-Vertexfunktion selbstkonsistent zu lösen. Hierbei zeigt der Quark-Gluon-Vertex eine Infrarotdivergenz genau der Stärke, die nötig ist, um ein linear ansteigendes Quarkpotential zu erzeugen, und damit numerische Vorhersagen zu bestätigen. Der Vorteil dieses Zugangs besteht darin, dass Quark- und Gluon-Confinement in derselben "Sprache" untersucht werden. Nur so konnte herausgearbeitet werden, dass dem Confinement der Gluonen und dem Confinement der Quarks grundsätzlich andere Mechanismen zugrunde liegen. In diesem Projekt wurde ebenfalls untersucht wie sich Hadronen als beobachtbare Bindungszustände von Quarks und Gluonen bilden, und wie unphysikaÜsche Anregungen wie z.B. Quark-Paare dem Confinement unterliegen. Des Weiteren wurden Eigenschaften des Nukleons in einem solchen Zugang in bestimmten Näherungen berechnet und mit den Resultaten anderer Rechnungen wie z.B. Monte-Carlo-Gitterrechnungen und mit den experimentellen Werten verglichen. Dies erlaubte dann Rückschlüße über die Bedeutung der berücksichtigten bzw. vernachlässigten Beiträge.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• R. F. Wagenbrunn und L. Ya. Glozman, Effective restoration of chiral symmetry in excited mesons, Phys. Lett. B 643 (2006) 98; |arXiv:hep-ph/0605247].
  
  
• R. Alkofer, Quark Confinement: Das fundamentale Problem der Hadronphysik, (Physik/at) (Zeitschrift der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft), September 2007, S. 3 .
  
  
• R. F. Wagenbrunn und L. Ya. Glozman, Chiral symmetry pattems of excited mesons with the Coulomb-like linear confinement , Phys. Rev. D 75 (2007) 036007 (Siehe online unter: arXiv:hep-ph/0701039)
  
  
• M. Q. Huber, R. Alkofer, C. S. Fischer und K. Schwenzer, The infrared behavior of Landau gauge Yang-Mills theory in d=2, 3 and 4 dimensions, Phys. Lett. B 659 (2008) 434; |arXiv:0705.3809(hep-ph]].
  
  
• R. Alkofer, Quark Confinement: The Fundamental Problem of Hadron Physics, Proceedings of the AFI Symposium "From the vacuum to the Universe", Oct. 19 - 20, Innsbruck, Austria; S. D. Bass, F. Schallhart, and B. Tasser, (Eds.), innsbruck university press (2008), p. 49.
  
  
• C. S. Fischer, R. Alkofer, A. Maas, J. M. Pawlowski, L. von Smekal, Large volume behavior of Yang-Mills propagators, Proceedings of the XXV International Symposium on Lattice Field Theory, July 30 - August 4 2007, Regensburg, Germany; PoS(LATTICE 2007) 300 (Siehe online unter: arXiv:0709.3205 |hep-lat])
  
  
• C. S. Fischer, R. Alkofer, F. J. Llanes-Estrada, K. Schwenzer, Nonperturbative quarkgluon dynamics. Proceedings of the 11th International Conference on Meson-Nucleon Physics and the Structure ofthe Nucleon (MENU 2007), Jülich, Germany, 10-14 Sep 2007 (Siehe online unter: arXiv:0710.1915 [hep-ph])
  
  
• G. Eichmann, A. Krassnigg, M. Schwinzerl, R. Alkofer, The nucleon as a QCD bound state in a Faddeev approach. Proceedings of the International School of Nuclear Physics (29th Course) "Quarks in Hadrons and Nuclei", Erice, Sicily, Italy, 16-24 Sep 2007, Prog. Part. Nud. Phys. 61 (2008) 84.
  
  
• G. Eichmann, R. Alkofer, LC. Cloet, A. Krassnigg, CD. Roberts, Perspective on rainbow-ladder truncation, Phys. Rev. 077 (2008) 042202(R). (Siehe online unter: arXiv:0802.1948 (nuclth))
  
  
• R. Alkofer und J. Greensite, Quark Confinement: The Hard Problem of Hadron Physics, J. Phys. G34 (Special focus issue on Hadron Physics) (2007) S3 (Siehe online unter: arXiv:hepph/ 0610365j)
  
  
• R. Alkofer, C. S. Fischer und F. Llanes-Estrada, Dynamically induced scalar quark confinement, Mod. Phys. Lett. A23 (2008) 1105 (Siehe online unter: arXiv:hep-ph/0607293l)
  
  
• R. Alkofer, C. S. Fischer, F. J. Llanes-Estrada und K. Schwenzer, What the Infrared Behaviour of QCD Vertex Functions in Landau gauge can tell us about Confinement, Proceedings of the "X Hadron Physics 2007", Florianopolis, Brazil, March 26 - 31, 2007; Int.J.Mod.Phys.El6 (2007) 2720-2732. (Siehe online unter: arXiv:0705.4402)
  
  
• R. Alkofer, C. S. Fischer, F. J. Llanes-Estrada, K. Schwenzer, Dynamically induced scalar quark confinement: A link between chiral symmetry breaking and confinement, Proceedings ofthe XXV International Symposium on Lattice Field Theory, July 30 - August 4 2007, Regensburg, Germany; PoS(LATTICE 2007) 286 (Siehe online unter: arXiv:0710.1154 [hep-ph])
  
  
• R. Alkofer, C. S. Fischer, M. Q. Huber, K. Schwenzer, Lower dimensional Yang-Mills theory as a laboratory to study the infrared regime , Proceedings of the XXV International Symposium on Lattice Field Theory, July 30 - August 4 2007, Regensburg, Germany; PoS(LATTICE 2007) 329. (Siehe online unter: arXiv:0710.1054 [hep-ph])
  
  
• R. Alkofer, M. Kloker, A. Krassnigg und R. F. Wagenbrunn, Aspects of the confinement mechanism in Coulomb-gauge QCD, Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 022001 (Siehe online unter: arXiv:hep-ph/0510028)
  
  
• R. Alkofer, QCD Green Functions and their Application to Hadron Physics, invited lectures presented at the conference "Infrared QCD in Rio: Propagators, Condensates and Topological Effects (IRQCD 2006)", Rio de Janeiro, Brazil, 5-9 June 2006; Brazilian J. Phys. 37 (2007) 144 (Siehe online unter: arXiv:hep-ph/0611090)