Estudios sobre el espectro de los nucleones excitados usando la expansión en 1/Nc de la cromodinámica cuántica

• Autores: Willemyns, Cintia Teresita
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Schat, Carlos; Sassot, Rodolfo
• Materia: QCD; EXPANSION EN 1/NC; BARIONES EXCITADOS; QCD; 1/NC EXPANSION; EXCITED BARYONS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En el presente trabajo se investigan los estados excitados de bariones no extraños en el marco de la expansión en la inversa del número de colores (Nc) de la Cromodinámica Cuántica (QCD). En particular, se busca obtener una mejor comprensión teóricade la fenomenología de los bariones excitados de manera independiente de modelos particulares y también conectar el análisis que se obtiene en términos de operadores efectivos en la expansión 1/Nc con una imagen dinámica que explique los valores de los coeficientes de la expansión. También se trabaja en la dirección de extender el análisis que usa la expansión en 1/Nc al caso en el que tenemos mezcla de configuraciones despin-sabor. Para alcanzar estos objetivos se estudia el espectro de masas de los bariones excitados de paridad negativa realizando la conexión (matching) entre una extensa clasede modelos de quarks no relativistas, con interacciones efectivas entre quarks tantodependientes como independientes del sabor, y la base de operadores de spin-saborque se utiliza habitualmente en la expansión 1/Nc. Los resultados obtenidos sonexpresiones analíticas para los coeficientes libres que acompañan a cada uno de losoperadores que aparecen a un cierto orden en potencias de 1/Nc. Estos coeficientes seexpresan en función de integrales radiales que dependen de la forma y la magnitudrelativa de las interacciones tensorial, spin-spin y spin-órbita del modelo y que se dejan sin especificar para mantener la generalidad de las expresiones. A partir deeste matching se obtienen relaciones nuevas entre las masas bariónicas y los ángulos demezcla. Estas relaciones son independientes de los parámetros y permiten discriminar entre distintas estructuras de spin-sabor de las interacciones quark-quark. Se analiza cómo esta parametrización general de las matrices de masa depende de los ángulos demezcla y qué restricciones se imponen al considerar las suposiciones recién mencionadassobre la interacción efectiva entre quarks. Los resultados hallados indican que, dentrode las incertezas experimentales, los valores para los ángulos de mezcla determinadospor un reciente ajuste global a las masas y a los decaimientos no excluyen ninguna delas dos posibilidades más extremas para la dependencia o independencia del saborde la interacción entre quarks originada por el intercambio de un mesón o gluónrespectivamente. Por otro lado, se realiza un análisis del espectro de masas de los bariones excitados de paridad positiva utilizando la base de operadores de spin-sabor de la expansión 1/Nc. Se analiza por primera vez el espectro incluyendo la mezcla de configuraciones. En ellímite de Nc grande los bariones excitados sin extrañeza se agrupan en representaciones irreducibles de la simetría contraída SU(4)c. Por medio del cálculo explícito del espectro de masas encontramos que esta estructura se conserva. El estudio de los autoestados demuestra que las mezclas son más sencillas de lo que se esperaría en un modelo de quarks y está de acuerdo con la simetría que se espera el límite del númerode colores grande.
In this thesis we study the non-strange excited baryons in the 1/Nc expansion of Quantum Chromodynamics, with Nc the number of colors. In particular, we seek toobtain a better theoretical understanding of baryon phenomenology, less dependenton the particular details of models, and to connect the analysis obtained in terms ofeffective operators in the 1/Nc expansion with a dynamical picture that can help tounderstand the numerical values of the coeficients in the 1/Nc expansion. We alsoaim to extend the 1/Nc analysis by considering configuration mixing in the spin-flavor space. For this purpose, we study the mass spectrum of excited baryons with negativeparity by matching a large class of non-relativistic quark models, with both flavor dependent and flavor independent effective quark-quark interactions, to the usual spin-flavor operator basis of the 1/Nc expansion. We obtain analytic expressions for thecoeficients of each operator that appears in the expansion at a given order in 1/Nc. The coeficients of the 1/Nc operators can be expressed in terms of radial integralsthat depend on the shape and relative strength of the spin-spin, spin-orbit and tensorinteractions of the model, which are left unspecified. From this matching, we obtainseveral new parameter-free relations between the masses and the mixing angles thatcan discriminate between different spin-flavor structures of the effective quark-quarkinteraction. We analyze how a general parametrization of the mass matrix dependson the mixing angles and is constrained by the assumptions on the effective quark-quarkinteraction mentioned above. We find that, within the present experimentaluncertainties, consistency with the best values of the mixing angles as determined by arecent global fit to masses and decays does not exclude either of the two most extreme possibilities of flavor dependent (independent) quark-quark interactions, as generatedby meson (gluon) exchange interactions. We also perform an analysis of the mass spectrum of excited baryons with positiveparity using the spin-flavor operator basis of the 1/Nc expansion. We analize thespectrum considering configuration mixing for the first time. In the large Nc limit,non-strange excited baryons are members of irreducible representations of a contracted SU(4)c symmetry. By calculating the mass spectrum explicitly, we find that thisstructure is still conserved when configuration mixing is taken into account. Theanalysis of the eigenstates shows that the mixings are simpler than what is expectedfrom quark models and they satisfy the structure predicted in the large Nc limit.
Fil: Willemyns, Cintia Teresita. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.