Física de hadrones y de plamas de quarks y gluones desde la dualidad AdS/CFT

Abstract

En esta Tesis se investigan propiedades de dos sistemas fı́sicos cuyo denominador común es que su dinámica responde a la interacción fuerte, cuyo lagrangiano es el de la Cromodinámica Cuántica, pero que debido a que ambos sistemas se estudian en el régimen de acoplamiento fuerte,no es posible la utilización de las técnicas de la teorı́a de perturbaciones en el contexto de la Teorı́a Cuántica de Campos Relativista (TCC). Esto ofrece un escenario adecuado y muy interesante para el empleo de las técnicas basadas directamente en la dualidad entre las Teorı́as de Yang-Mills (TYM) por un lado, y la supergravedad (SUGRA) y la Teorı́a de Supercuerdas (TSC), por otro. Primeramente se investiga la estructura de glueballs de la Teorı́a de Yang-Mills supersimétrica (SYM) con N = 4 supersimetrı́as y grupo de gauge SU (Nc) en 3+1 dimensiones, ası́ como de mesones escalares de la teorı́a de gauge en 3+1 dimensiones con N = 2 supersimetrı́as. Eso se desarrolla en el contexto de la dispersión inelástica profunda (DIS) de leptones cargados por glueballs y mesones. Se calculan los tensores hadrónicos mediante el uso de sus correspondientes descripciones holográficas duales. Se desarrollan cálculos a one-loop en supergravedad del tipo IIB. En ambos casos se obtuvo un resultado central que consiste en que las expansiones en 1/Nc, por un lado, y en potencias de Λ^2 /q^2 , donde Λ es el cut-off IR de la TYM, mientras que q es el tetraimpulso transferido por el fotón virtual desde un leptón al hadrón (en el proceso DIS), por otro, no conmutan. Eso da como resultado que en el caso de los mesones escalares la comparación de los momentos de menor orden de las funciones de estructura mejoran sustancialmente el nivel de acuerdo con resultados desde Lattice QCD al considerar el lı́mite de altas energı́as y luego el lı́mite 1 << N c . En particular, para el pión los cálculos previos a nivel árbol cuya diferencia con Lattice QCD es del orden del 10 %, con los resultados de esta Tesis a nivel one-loop llegan al orden de aproximación del 1, 27 %. Asimismo, se obtuvieron nuevas relaciones del tipo de Callan-Gross. La segunda clase de sistemas fuertemente acoplados investigados corresponde a plasmas de quarks y gluones generados en colisiones ultra-relativistas de iones pesados en el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC, Broohaven, USA) y en el Large Hadron Collider (LHC, CERN, Suiza). Para el caso de las colisiones de iones de Au-Au y de Pb-Pb, en esta Tesis se desarrollan simulaciones numéricas considerando la descripción holográfica dual del plasma, desde la supergravedad del tipo IIB, en el caso de un agujero negro del tipo Schwarzschild asintóticamente AdS_5, considerando todas las correcciones en α'^3 , donde α' = l_s^2 es decir el cuadrado de la longitud de la cuerda fundamental, a partir de la TSC del tipo IIB. Con esto se han obtenido curvas correspondientes a la emisión de fotones en dichos procesos y se ha comparado estos resultados directamente con resultados de los experimentos observando un mejor ajuste del espectro. Se obtuvieron coeficientes del flujo anisotrópico para colisiones de Au-Au en el rango de centralidad 0-20 % y 20-40 % en el mismo orden que los perturbativos indicando que posiblemente sea otras fuentes no consideradas que resuelven la tensión con los datos experimentales.