Excited hadrons in two-flavor lattice QCD

Aus dem Experiment wissen wir, dass fast alle Hadronen angeregte Zustände sind. Die vorliegende Dissertation liefert eine ab-initio, nicht-perturbative Bestimmung des angeregten Meson- und Baryonspektrum unter Verwendung der Gitter-Regularisierung von QCD. Mit Hilfe eines Hybrid Monte Carlo Algorithmus werden sieben Ensembles mit zwei dynamischen Chirally Improved Quarks erzeugt. Die Vorteile der verbesserten Wirkung liegen in kleinen Diskretisierungseffekten und häufigem Tunneln der topologischen Sektoren, was eine geringe Autokorrelation zur Folge hat. Die Pionmassen in der vorgelegten Arbeit liegen im Bereich von 250 bis 600 MeV, die Resultate werden zur physikalischen Pionmasse extrapoliert. Drei weitere Ensembles für unterschiedliche Gittergrößen werden erzeugt um Effekte des endlichen Volumens zu untersuchen und um den Limes zu unendlichem Volumen für bestimmte Observablen durchzuführen. Strange Quarks werden durch Partial Quenching eingeführt. Mit Hilfe der sogenannten Variationsmethode studieren wir angeregte Zustände und erforschen den Inhalt der physikalischen Zustände. Insbesondere untersuchen wir die C-Parität von strange Mesonen, das Mischen von Singlet und Oktett in Lambda Baryonen und das Mischen von Oktett und Dekuplet in Sigma und Xi Baryonen. Die Konstruktion von Interpolatoren wird explizit für bestimmte Fälle diskutiert. In einigen Baryon Kanälen erzwingen Fierz-Identitäten ein exaktes Verschwinden von punktförmigen Interpolatoren. Wir zeigen, dass dennoch Interpolatoren konstruiert werden können, und schlagen zwei Strategien dafür vor, welche sich auf ausgedehnte Quarkquellen bzw. die Rarita-Schwinger Bedingung stützen. Im Allgemeinen zeigen unsere Resultate gute übereinstimmung mit dem Experiment. Darüber hinaus können wir auch einige Vorhersagen machen und finden Einblicke in den Inhalt der physikalischen Zustände.The majority of the experimental knowledge about QCD observables is contained in the excited hadron spectrum.The present thesis provides an ab-initio, non-perturbative determination of the excited meson and baryon spectrum, using the lattice regularization of QCD.We use a Hybrid Monte Carlo algorithm to generate seven ensembles with two flavors of dynamical Chirally Improved quarks. The advantages of the improved action lie in small discretization effects and frequent tunneling of topological sectors, reducing autocorrelation. The pion masses are in the range of 250 to 600 MeV, the results are extrapolated to the physical pion mass. Three further ensembles are generated to investigate finite volume effects and to perform the infinite volume limit for specific observables. The strange hadron spectrum is accessed using partial quenching for the strange quark. The variational method is applied to access excited states and also to investigate the content of the physical states.The latter applies in particular to the approximate C-parity of strange mesons, the singlet/octet mixing of Lambda baryons and the octet/decuplet mixing of Sigma and Xi baryons. The construction of interpolators is discussed for specific cases.In some baryon channels, Fierz identities force point-like interpolators to vanish exactly.We show that interpolators can be constructed nevertheless and propose two strategies, based on quark smearing and the Rarita-Schwinger condition, respectively. In general, our results compare nicely with experiment, and we even predict some new states and allow for insights concerning the content of the physical states.Part of the work has been published in journal articles, Phys. Rev. D 82 (2010) 034505 and Phys. Rev. D85 (2012) 034508, and further publications are in preparation.eingereicht von Georg P. EngelAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. und engl. SpracheGraz, Univ., Diss., 2012OeBB(VLID)22283