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Dissertation

Autor(en): Silvia Necco
Titel: The static quark potential and scaling behavior of SU(3) lattice Yang-Mills theory
Gutachter: Rainer Sommer; Ulrich Wolff; Volkard Linke
Erscheinungsdatum: 15.05.2003
Volltext: pdf (urn:nbn:de:kobv:11-10019337)
Fachgebiet(e): Physik
Schlagwörter (ger): Gittereichtheorie, statisches Quark Potential, Renormierungsgruppe, verbesserte Wirkungen
Schlagwörter (eng): Lattice gauge theory, static quark potential, renormalization group, improved actions
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Zitationshinweis: Necco, Silvia: The static quark potential and scaling behavior of SU(3) lattice Yang-Mills theory; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 15.05.2003, urn:nbn:de:kobv:11-10019337
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Abstract (ger):
Das Potential zwischen einem statischen Quark und Antiquark in der reinen SU(3) Yang-Mills Theorie wird auf dem Gitter in der Region von kurzen bis mittleren Abstaenden (0.05 fm < r < 0.8fm) nichtperturbativ ausgewertet. Renormalisierte dimensionslose Observablen werden zum Kontinuumslimes extrapoliert und bestaetigen damit die theoretische Erwartung, dass die fuehrenden Gitterartifakte quadratisch im Gitterabstand sind. Bei hohen Energien werden die Resultate mit der parameterfreien Vorhersage der Stoerungtheorie verglichen; diese wird erreicht, indem man die Renormierungsgruppengleichung in zwei- und drei-Loop-Ordnung loest. Die Wahl des Renormierungschemas fuer die Definition der laufenden Kopplung ist wichtig fuer die Genauigkeit der perturbativen Vorhersage. Wenn man die laufende Kopplung durch die Kraft definiert, ist Stoerungstheorie bis zu alpha ~ 0.3 anwendbar, waehrend mit dem statischen Potential nur bis zu alpha ~ 0.15. In der Region, in der Stoerungstheorie zuverlaessig sein sollte, wird kein grosser unerwarteter nichtperturbativer Term beobachtet: im Gegenteil, man findet eine gute uebereinstimmung zwischen Stoerungtheorie und unseren nicht-perturbativen Daten. Fuer grosse Quark-Antiquark Abstaende werden unsere Ergebnisse mit den Vorhersagen einer effektiven bosonischen Stringtheorie verglichen, und man findet bereits eine ueberraschend gute Uebereinstimmung fuer Abstaende > 0.5 fm. Im zweiten Teil dieser Arbeit sind Universalitaet und Skalierungsverhalten von unterschiedlichen Formulierungen der Yang-Mills Theorie auf dem Gitter diskutiert. Insbesondere werden Iwasaki- und DBW2- Wirkungen untersucht, die durch Renormierungsgruppe (RG) Argumente formuliert wurden. Die Laengenskala r_0 ~ 0.5 fm wird bei einigen Gitterabstaenden ausgewertet und die Skalierung der kritischen Deconfinement Temperatur T_c * r_0 wird mit den Resultaten analysiert und konfrontiert, die mit der ueblichen Wilson Plaquette Wirkung erreicht werden. Da sie im Kontinuumslimes uebereinstimmen, wird die Universalitaet bestaetigt. Die Groesse die man benutzt, um die Skala einzustellen, muss mit Vorsicht gewaehlt werden, um grosse systematische Ungenauigkeiten zu vermeiden. Fuer diesen Zweck zeigt sich r_0 als angebracht. Fuer die kritische Temperatur zeigen die Daten, die mit RG Wirkungen erhalten werden, verringerte Gitterartifakte, vor allem mit der Iwasaki Wirkung. Schliesslich wird die Masse der 0^{++}- und 2^{++}-Glueballs ausgewertet, indem man die Observablen m_0^{++} *r_0 und m_2^{++}*r_0 betrachtet. Jedoch kann keine genaue Schlussfolgerung ueber das Scalingverhalten fuer diese Observablen gezogen werden. Eine besondere Aufmerksamkeit ist der Verletzung der physikalischen Positivitaet, die in diesen Wirkungen auftritt und den Konsequenzen in der Extraktion der physikalischen Groessen aus euklidischen Korrelationsfunktionen gewidmet.
Abstract (eng):
The potential between a static quark and antiquark in pure SU(3) Yang-Mills theory is evaluated non-perturbatively through computations on the lattice in the region from short to intermediate distances (0.05 fm < r <0.8 fm). Renormalized dimensionless quantity are extrapolated to the continuum limit, confirming the theoretical expectation that the leading lattice artifacts are quadratic in the lattice spacing. In the high energy regime the results are compared with the parameter-free prediction of perturbation theory obtained by solving the Renormalization Group equation at two and three loops. The choice of the renormalization scheme to define a running coupling turns out to be important for the accuracy of the perturbative prediction: by obtaining the running coupling through the force, perturbation theory is applicable up to alpha ~ 0.3, while from the static potential only up to alpha ~ 0.15. In the region where perturbation is supposed to be reliable, no large unexpected non-perturbative term is observed: on the contrary, one finds a good agreement between perturbation theory and our non-perturbative data. For large quark-antiquark separations our results are compared with the predictions of a bosonic effective string theory, finding a surprising good agreement already for distances > 0.5 fm. In the second part of this work, universality and scaling behavior of different formulations of Yang-Mills theory on the lattice are discussed. In particular, the Iwasaki and DBW2 action are investigated, which were obtained by following renormalization group (RG) arguments. The length scale r_0 ~ 0.5 fm is evaluated at several lattice spacings and the scaling of the critical deconfinement temperature T_c*r_0 is analyzed and confronted with the results obtained with the usual Wilson plaquette action. Since they agree in the continuum limit, the universality is confirmed. We remark that the quantity to use to set the scale has to be chosen with care in order to avoid large systematic uncertainties and $\rnod$ turns out to be appropriate. For the critical temperature the data obtained with RG actions show reduced lattice artifacts, above all with the Iwasaki action. Finally the mass of the glueballs 0^{++} and 2^{++} is evaluated by considering the quantities m_0^{++}*r_0 and m_2^{++}*r_0; however for those observables no clear conclusion about the scaling behavior can be drawn. Particular attention is dedicated to the violation of physical positivity which occur in these actions and the consequences in the extraction of physical quantities from Euclidean correlation functions.
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Generiert am 13.07.2014, 11:01:03