Ruptura de isoespín y restauración de simetría quiral en gases de mesones ligeros

Resumen

La cromodinámica cuántica (QCD) es la teoría actualmente aceptada para la descripción de las Interacción Fuerte, que describe la dinámica de quarks y gluones a través de campos locales. La posibilidad de un estudio de tipo perturbativo se vuelve impracticable para escalas de energía por debajo de un 1 GeV, donde los quarks y gluones se encuentran formando hadrones. Para acometer el estudio de las propiedades hadrónicas a bajas energías es necesario recurrir a cálculos en el retículo o teorías efectivas, que estudian la dinámica de los grados de libertad relevantes a partir de consideraciones basadas en las simetrías del lagrangiano de QCD. La investigación que he llevado a cabo ha tenido como objetivo principal el estudio de ciertas propiedades térmicas de gases de bosones de Goldstone a través del enfoque efectivo provisto por la Teoría Quiral de Perturbaciones (tanto a temperatura cero como a temperatura finita, y extendida puntualmente a través de métodos de unitarización y modelos auxiliares con el fin de incorporar a sus predicciones el efecto de la inclusión de resonancias ligeras en diversos canales), así como la importancia que los efectos debidos a la ruptura de la simetría de isoespín tienen en ellas.En la primera parte de la tesis se estudiarán los efectos de la ruptura de isoespín, tanto intrínseca como electromagnética, de la simetría quiral sobre los parámetros de orden (condensado de quarks y susceptibilidades quirales escalares) de un gas de mesones ligeros (piones, kaones y etas) tanto a temperatura cero como a temperatura finita. Asimismo se estudiará la relación entre la susceptibilidad pseudoescalar y el condensado escalar de quarks, así como el escenario de restauración de simetría quiral basado en la degeneración de las susceptibilidades escalar y pseudoescalar en el marco de ChPT y ChPT unitarizada.En la segunda parte se analizan las correcciones a la auto-energía de un gas de piones inmerso en un baño térmico permitiendo el intercambio de fotones virtuales. Esto conduce a la posibilidad de establecer una masa térmica para los piones de la colectividad, así como al estudio de las propiedades exhibidas por observables asociados a la parte imaginaria de la auto-energía, como por ejemplo la anchura térmica o el recorrido libre medio. Parte del interés fenomenológico de este estudio reside en que, debido al acoplo con la interacción electromagnética, la parte real de la auto-energía de piones cargados y neutros, así como la anchura de desintegración térmica asociada a procesos de dispersión con partículas del medio, exhibe diferencias que, aunque numéricamente pequeñas, podrían ser detectadas en los experimentos de Colisiones Relativistas de Iones Pesados. En esa misma parte hemos revisado qué modificaciones a los resultados obtenidos previamente en ChPT y qué nueva información se obtiene cuando se incluye la física de resonancias ligeras. Esta extensión se efectuará a través de la inclusión explícita de las primeras partículas pesadas del espectro hadrónico mediante la saturación de los canales vectorial y axial por las partículas rho y a1 en forma de estados asintóticos vía un modelo de resonancias. Es precisamente este contexto más allá de la física de piones el que permite establecer una relación entre las dos partes fundamentales de la tesis, por medio del análisis de dos escenarios de restauración de simetría quiral relacionados con la degeneración en masa de las corrientes asociadas a los canales escalar-pseudoescalar y axial-vectorial, respectivamente.Creemos que estos resultados han contribuido a arrojar luz sobre las propiedades térmicas de los parámetros de orden asociados a la restauración de la simetría quiral en gases de mesones ligeros, así como al estudio de la importancia de los efectos de ruptura de isoespín en estos procesos a temperatura finita.