Restoration of SU(2)L x SU(2)R x U(1)A and emergence of SU(4) symmetry in hadrons

Ein offenes Problem in der modernen Elementarteilchenphysik dreht sich um das Verständnis des Hadronspektrums. Untersuchungen in Bezug auf das Spektrum liefern eine Möglichkeit, die starke Wechselwirkung, welche Quarks und Gluonen in einem Hadron bindet, besser zu verstehen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf Hadronen, welche aus leichten Quarks aufgebaut sind. Als zugrundeliegende Methode dieser Untersuchung wurde die Gitterquantenchromodynamik gewählt. Diese Arbeit liefert neue Erkenntnisse für ein tieferes Verständnis der Effekte der chiralen Symmetriebrechung im Hadronspektrum. Wir berechnen die Hadronmassen unter Eliminierung der Dynamik der chiralen Symmetriebrechung. Unsere Arbeit behandelt eine Bandbreite verschiedener sogenannter "Hadron channels" inklusive Mesonen und Baryonen für diverse Drehimpulse J. Im Speziellen wird hier zum ersten Mal die Analyse von J=0,1 isoskalaren Mesonen, J=2 Tensormesonen sowie N(J=3/2) und Delta(J=1/2) baryonischen Zuständen im chiralsymmetrischen Regime vorgestellt. Wir finden, dass Hadronzustände mit einem Drehimpuls J>0 die Wiederherstellung der chiralen Symmetrie überleben. Die Energieniveaus der Hadronzustände mit denselben J-Quantenzahlen sind identisch und unabhängig von den Quantenzahlen Isospin I, räumliche Parität P und Ladungskonjugation C. Um diese Ergebnisse zu interpretieren, wird der Begriff des dynamischen QCD Strings eingeführt. Schlussendlich schlagen wir eine neu entstehende SU(4) Symmetrie vor, welche die vielfache Entartung der hadronischen Zustände für gegebenen Drehimpuls J>0 im chiralsymmetrischen Regime erklärt. Die Ergebnisse, die in dieser Arbeit vorgestellt werden, sind von Wichtigkeit in Bezug auf die Vorhersage der Eigenschaften hadronischer Materie. Die Untersuchungen, die hier vorgestellt wurden, sind relevant für das Verständnis der Physik des Farbeinschlusses und können zur Systematisierung von Hadronen in phänomenologischen Betrachtungen verwendet werden.Understanding the hadron spectrum is an open issue of fundamental importance in the modern theory of elementary particles. Studying the hadron spectrum opens a way to understand the physics of the strong force binding quarks and gluons into hadrons. The main subject of this thesis is the physics of hadrons composed of light quarks within the lattice approach to Quantum Chromodynamics (QCD). This work brings a new insight for a deeper understanding of chiral symmetry breaking effects in the hadron spectrum. We calculate the hadron masses upon elimination of chiral symmetry breaking dynamics. Our work covers a broad range of hadron channels including mesons and baryons for various angular momenta J. In particular, the analysis of J=0,1 isoscalar mesons, J=2 tensor mesons, N(J=3/2) and Delta(J=1/2) baryons states in the chirally restored regime is presented for the first time. We find that the hadron states with angular momenta J>0 survive the chiral restoration. The energy levels of the hadron states with the same J are identical and independent of the isospin I, spatial parity P and charge conjugation C quantum numbers. To interpret these energy levels a notion of the QCD dynamical string is introduced. Finally, we propose a new emergent SU(4) symmetry which explains multiple degeneracy of the hadron states of a given angular momentum J>0 in the chirally restored regime. Results presented in this thesis are important in predicting the properties of hadronic matter close to phase transitions under extreme conditions such as high-temperature and high-density. The studies presented in this work are relevant for the understanding of the physics of confinement and can be used for the systematization of hadrons in phenomenology.Mikhail DenissenyaAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassungen in dt. und in engl. SpracheGraz, Univ., Diss., 2015OeBB(VLID)76081