En física teórica , la correspondencia anti-de Sitter / cromodinámica cuántica es un objetivo (aún no logrado con éxito) para describir la cromodinámica cuántica (QCD) en términos de una teoría gravitacional dual, siguiendo los principios de la correspondencia AdS / CFT en una configuración donde la teoría cuántica de campos no es una teoría de campos conforme .
Historia
El descubrimiento de la correspondencia AdS / CFT a finales de 1997 fue la culminación de una larga historia de esfuerzos para relacionar la teoría de cuerdas con la física nuclear . [1] De hecho, la teoría de cuerdas se desarrolló originalmente a fines de la década de 1960 y principios de la de 1970 como una teoría de los hadrones , las partículas subatómicas como el protón y el neutrón que se mantienen unidas por la fuerza nuclear fuerte . La idea era que cada una de estas partículas pudiera verse como un modo de oscilación diferente de una cuerda. A finales de la década de 1960, los experimentales habían descubierto que los hadrones se clasifican en familias llamadas trayectorias de Regge con energía al cuadrado proporcional al momento angular , y los teóricos demostraron que esta relación surge naturalmente de la física de una cuerda relativista giratoria . [2]
Por otro lado, los intentos de modelar hadrones como cadenas enfrentaron serios problemas. Un problema fue que la teoría de cuerdas incluye una partícula de espín 2 sin masa , mientras que tal partícula no aparece en la física de los hadrones. [1] Tal partícula mediaría una fuerza con las propiedades de la gravedad. En 1974, Joël Scherk y John Schwarz sugirieron que la teoría de cuerdas no era, por tanto, una teoría de la física nuclear como habían pensado muchos teóricos, sino una teoría de la gravedad cuántica . [3] Al mismo tiempo, se descubrió que los hadrones en realidad están hechos de quarks y se abandonó el enfoque de la teoría de cuerdas en favor de la cromodinámica cuántica . [1]
En la cromodinámica cuántica, los quarks tienen un tipo de carga que se presenta en tres variedades llamadas colores . En un artículo de 1974, Gerard 't Hooft estudió la relación entre la teoría de cuerdas y la física nuclear desde otro punto de vista al considerar teorías similares a la cromodinámica cuántica, donde el número de colores es un número arbitrario., en lugar de tres. En este artículo, 't Hooft consideró un cierto límite dondetiende al infinito y argumentó que en este límite ciertos cálculos en la teoría cuántica de campos se asemejan a los cálculos en la teoría de cuerdas. [4]
A finales de 1997, Juan Maldacena publicó un artículo histórico que inició el estudio de AdS / CFT. Un caso especial de la propuesta de Maldacena dice que la teoría supersimétrica de Yang-Mills N = 4 , una teoría gauge similar en algunos aspectos a la cromodinámica cuántica, es equivalente a la teoría de cuerdas en el espacio de cinco dimensiones anti-de Sitter . Este resultado ayudó a aclarar el trabajo anterior de 't Hooft sobre la relación entre la teoría de cuerdas y la cromodinámica cuántica, llevando la teoría de cuerdas a sus raíces como teoría de la física nuclear. [5]
Aplicaciones de AdS / CFT
Un sistema físico que se ha estudiado utilizando la correspondencia AdS / CFT es el plasma de quark-gluón , un estado exótico de la materia producido en aceleradores de partículas . Este estado de la materia surge por breves instantes cuando los iones pesados como el oro o los núcleos de plomo chocan a altas energías. Tales colisiones hacen que los quarks que componen los núcleos atómicos se deconfinen a temperaturas de aproximadamente dos billones de kelvin , condiciones similares a las presentes alrededor desegundos después del Big Bang . [6]
La física del plasma de quark-gluón se rige por la cromodinámica cuántica, pero esta teoría es matemáticamente insoluble en problemas relacionados con el plasma de quark-gluón. [7] En un artículo que apareció en 2005, Đàm Thanh Sơn y sus colaboradores demostraron que la correspondencia AdS / CFT podría usarse para comprender algunos aspectos del plasma de quark-gluón describiéndolo en el lenguaje de la teoría de cuerdas. [8] Aplicando la correspondencia AdS / CFT, Sơn y sus colaboradores pudieron describir el plasma de quarks-gluones en términos de agujeros negros en el espacio-tiempo de cinco dimensiones. El cálculo mostró que la relación de dos cantidades asociadas con el plasma de quark-gluón, la viscosidad de cizallamiento y densidad de volumen de entropía , debe ser aproximadamente igual a una cierta constante universal :
dónde denota la constante de Planck reducida yes la constante de Boltzmann . [9] Además, los autores conjeturaron que esta constante universal proporciona un límite inferior paraen una gran clase de sistemas. En 2008, el valor previsto de esta relación para el plasma de quark-gluón se confirmó en el Colisionador de iones pesados relativista en el Laboratorio Nacional de Brookhaven . [10]
Otra propiedad importante del plasma de quarks-gluones es que los quarks de muy alta energía que se mueven a través del plasma se detienen o "apagan" después de viajar sólo unos pocos femtómetros . Este fenómeno se caracteriza por una serie dellamado parámetro de extinción del chorro , que relaciona la pérdida de energía de dicho quark con la distancia al cuadrado recorrida a través del plasma. Los cálculos basados en la correspondencia AdS / CFT han permitido a los teóricos estimar, y los resultados concuerdan aproximadamente con el valor medido de este parámetro, lo que sugiere que la correspondencia AdS / CFT será útil para desarrollar una comprensión más profunda de este fenómeno. [11]
Crítica
A pesar de que muchos físicos recurren a métodos basados en cuerdas para atacar problemas en física nuclear y de materia condensada, algunos teóricos que trabajan en estas áreas han expresado dudas sobre si la correspondencia AdS / CFT puede proporcionar las herramientas necesarias para modelar de manera realista sistemas del mundo real. En una charla en la conferencia Quark Matter en 2006, [12] Larry McLerran señaló que elLa teoría de super Yang-Mills que aparece en la correspondencia AdS / CFT difiere significativamente de la cromodinámica cuántica, lo que dificulta la aplicación de estos métodos a la física nuclear. Según McLerran,
"Yang-Mills supersimétrico no es QCD ... No tiene escala de masa y es conforme invariante. No tiene confinamiento ni constante de acoplamiento en marcha. Es supersimétrico. No tiene ruptura de simetría quiral ni generación de masa. Tiene seis escalares y fermiones en la representación adjunta ... Puede ser posible corregir algunos o todos los problemas anteriores, o, para varios problemas físicos, algunas de las objeciones pueden no ser relevantes. Hasta ahora no hay consenso ni argumentos convincentes para las soluciones o fenómenos conjeturados que aseguren que elLos resultados supersimétricos de Yang Mills reflejarían de forma fiable la QCD ". [12]
Ver también
- Correspondencia AdS / CMT
Notas
- ↑ a b c Zwiebach, 2009, p. 525
- ^ Aharony y col. 2008, sec. 1.1
- ^ Scherk y Schwarz 1974
- ^ 't Hooft 1974
- ^ Aharony y col. 2008
- ↑ Zwiebach, 2009, p. 559
- ^ Más precisamente, no se pueden aplicar los métodos de la teoría cuántica de campos perturbativos.
- ^ Kovtun, hijo y Starinets 2001
- ↑ Zwiebach, 2009, p. 561; Kovtun, Son y Starinets 2001
- ^ Merali 2011, p. 303; Luzum y Romatschke 2008
- ↑ Zwiebach, 2009, p. 561
- ^ a b McLerran 2007
Referencias
- Aharony, Ofer; Gubser, Steven; Maldacena, Juan; Ooguri, Hirosi; Oz, Yaron (2000). "Teorías de campos grandes N, teoría de cuerdas y gravedad". Phys. Rep . 323 (3-4): 183-386. arXiv : hep-th / 9905111 . Bibcode : 1999PhR ... 323..183A . doi : 10.1016 / S0370-1573 (99) 00083-6 .
- Kovtun, PK; Hijo, Dam T .; Starinets, AO (2005). "Viscosidad en teorías de campo cuántico que interactúan fuertemente de la física del agujero negro". Cartas de revisión física . 94 (11): 111601. arXiv : hep-th / 0405231 . Código Bibliográfico : 2005PhRvL..94k1601K . doi : 10.1103 / PhysRevLett.94.111601 . PMID 15903845 .
- Luzum, Mateo; Romatschke, Paul (2008). "Hidrodinámica viscosa relativista conformada: aplicaciones a los resultados de RHIC en. GeV" Physical Review C . 78 (3). ArXiv : 0804,4015 . Bibcode : 2008PhRvC..78c4915L . Doi : 10.1103 / PhysRevC.78.034915 .
- McLerran, Larry (2007). "Resumen de la teoría: Quark Matter 2006". Journal of Physics G: Física nuclear y de partículas . 34 (8): S583 – S592. arXiv : hep-ph / 0702004 . Código Bibliográfico : 2007JPhG ... 34S.583M . doi : 10.1088 / 0954-3899 / 34/8 / S50 .
- Merali, Zeeya (2011). "Física colaborativa: la teoría de cuerdas encuentra un compañero de banco" . Naturaleza . 478 (7369): 302–304. Código Bib : 2011Natur.478..302M . doi : 10.1038 / 478302a . PMID 22012369 .
- Scherk, Joël ; Schwarz, John (1974). "Modelos duales para no hadrones". Física B nuclear . 81 (1): 118-144. Código Bibliográfico : 1974NuPhB..81..118S . doi : 10.1016 / 0550-3213 (74) 90010-8 .
- 't Hooft, Gerard (1974). "Una teoría de diagrama plano para interacciones fuertes" . Física B nuclear . 72 (3): 461–473. Código Bibliográfico : 1974NuPhB..72..461T . doi : 10.1016 / 0550-3213 (74) 90154-0 .
- Zwiebach, Barton (2009). Un primer curso de teoría de cuerdas . Prensa de la Universidad de Cambridge . ISBN 978-0-521-88032-9.