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Title
Chiral symmetry breaking in strong magnetic fields : a field theoretical and a holographic perspective / von Florian Preis
AuthorPreis, Florian
CensorRebhan, Anton ; Schmitt, Andreas
Published2014
DescriptionVIII, 145 S. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Techn. Univ., Diss., 2014
Annotation
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (GND)Starke Wechselwirkung / Chirale Symmetrie / Symmetriebrechung / Magnetfeld
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-71274 Persistent Identifier (URN)
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Chiral symmetry breaking in strong magnetic fields [1.71 mb]
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Abstract (German)

Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt auf der Analyse der spontanen Brechung der chiralen Symmetrie der starken Wechselwirkungen unter dem Einfluss eines Magnetfeldes. Nach einem kurzen historischen Abriss, welcher der Einführung der Iso-spin- und axialen Symmetrie in den starken Wechselwirkungen dient, wird die spontane Symmetriebrechung am Beispiel des Nambu-Jona-Lasino (NJL) Modells im Detail dargestellt. Nach einem weiteren historischen Überblick der Ereignisse die zur Formulierung der Quanten Chromodynamik führten, wird der Einfluss von Temperatur und chemischen Potential auf die spontane Brechnung der chiralen Symmetrie anhand des NJL Modells besprochen. Eine weitere Methode, die sich für die Untersuchung der chiralen Symmetrie anbietet, bedient sich des sogenannten holographischen Prinzips. Hierbei bildet man eine stark wechselwirkende Quantenfeldtheorie auf eine supersymmetrische Gravitationstheorie ab. In dieser Arbeit wird das Sakai-Sugimoto Modell zum Zwecke einer holographischen Analyse der zuvor genannten Mechanismen herangezogen. Der Hauptteil dieser Dissertation widmet sich der Untersuchung der chiralen Symmetriebrechnung in starken Magnetfeldern anhand des NJL Modells sowie des Sakai-Sugimoto Modells und basiert auf den Veröffentlichungen (Preis et al., JHEP 1103 (2011) 033; Preis et al., J.Phys.G G39 (2012) 054006; Preis et al., Lect.Notes Phys. 871 (2013) 51-86). Entgegen der Erwartung, dass ein Magnetfeld die Brechung der chiralen Symmetrie verstärkt - dieser Effekt wird magnetische Katalyse genannt, zeigt sich, dass bei endlichem chemischen Potential ein umgekehrter Effekt - hier als inverse magnetische Katalyse bezeichnet - auftritt. Beide Modelle zeigen beeindruckende qualitative Übereinstimmung. Da das Sakai-Sugimoto Modell die Einführung von Baryonen erlaubt, wird der Einfluss jener auf die inverse magnetische Katalyse ebenfalls studiert. Es zeigt sich, dass Baryonen inverse magnetische Katalyse verstärken. Um auch diese Ergebnisse einem Vergleich mit einem feldtheoretischen Zugang zu unterziehen wird abschließend im Walecka Modell der Phasenübergang zu dichter Kernmaterie unter dem Einfluss eines Magnetfeldes untersucht. Die fehlende Übereinstimmung in diesem Fall wird einerseits der fehlenden Einbeziehung der chiralen Symmetrie im Walecka Modell und andererseits dem großen Rang der Farb-Symmetriegruppe im Sakai-Sugimoto Modell zugeschrieben.

Abstract (English)

This thesis aims at discussing the spontaneous breaking of a chiral symmetry of strong interactions in a background magnetic field. After brief historical introduction to isospin and axial symmetry we turn to a more detailed analysis of the spontaneous breaking of chiral symmetry utilizing the Nambu-Jona-Lasino (NJL) model. In another historical outline the events that led to the formulation of quantum chromo dynamics are presented, followed by studying the influence of finite temperature and chemical potential on chiral symmetry breaking in the NJL model. Another approach to the analysis of chiral symmetry breaking utilizes the so-called holographic principle, which allows for encoding a quantum field theory in a higher dimensional gravitational theory. Here we will employ the Sakai-Sugimoto model. The discussion of chiral symmetry breaking in a strong magnetic field and comparing the results obtained in the NJL model and the Sakai-Sugimoto model comprises the main part of this thesis and is based on the publications (Preis et al., JHEP 1103 (2011) 033; Preis et al., J.Phys.G G39 (2012) 054006; Preis et al., Lect.Notes Phys. 871 (2013) 51-86). In contrast to the expectation that a magnetic field enhances chiral symmetry breaking, which is known as magnetic catalysis, we will observe the opposite effect at finite chemical potential, which we will call inverse magnetic catalysis. Since the Sakai-Sugimoto model allows for incorporating baryons, we will also study their influence on the phase diagram for chiral symmetry breaking. It turns out that with baryons inverse magnetic catalysis is even more pronounced. In order to compare these results also with a field theoretical approach, we discuss the influence of a magnetic field on the transition to nuclear matter in the Walecka model. The disagreement between the results in this case is attributed on the one hand to the insufficient incorporation of chiral symmetry breaking in the Walecka model and on the other hand to the necessarily large number of colors in the Sakai-Sugimoto model.