The pseudo-vector glueball in the Witten-Sakai-Sugimoto model

Abstract

Die Gluonenselbstwechselwirkung in der Quantenchromodynamik (QCD) - die Theorie der starken Wechselwirkung - legt die Existenz von gebunden Zuständen aus Eichbosonen, der sogenannten Gluebälle nahe. In einer reinen Yang-Mills Theorie sind diese sogar die einzig möglichen Teilchenzustände. In der Gegenwart von Quarks ist dies allerdings nicht mehr der Fall und Gluebälle können mit Quark-Antiquark-Zuständen mischen. Die Existenz von Gluebällen ist deshalb experimentell schwierig zu bestätigen. Eine wichtige Aufgabe in diesem Gebiet ist es, theoretische Vorhersagen über die möglichen Kopplungen und Zerfallsraten zu berechnen, welche für die Identifizierung von Glueballzuständen im Experiment von entscheidender Wichtigkeit sind. In der herkömmlichen Herangehensweise, der Gittereichtheorie, sind solche Berechnungen schwierig und beinhalten einige Unsicherheiten. Eine neuartige Vorgehensweise ergibt sich durch die sogenannte Eich-Gravitations-Dualität. In dieser Arbeit werden bisherige Berechnungen von Glueballzerfallsraten im Sakai-Sugimoto Modell, welches eine konkrete stringtheoretische Realisierung einer Eich-Gravitations-Dualität basierend auf D8 und anti-D8-Branen in Wittens holographischem Modell von nicht-supersymmetricher Yang-Mills Theorie ist, wiederholt und erweitert. Dieses Modell reproduziert diverse Eigenschaften von Niederenergie-QCD wie die chirale Symmetriebrechung und sagt in guter Näherung richtige Mesonen- und Glueballspektren vorher. Insbesondere betrachtet wird hier der Pseudovektorglueball, welcher positive Paritäts- und negative Ladungskonjugationsquantenzahl hat und dual zu Fluktuationen im Kalb-Ramond-Feld im Supergravitationshintergrund ist. Zur Berechnung der Zerfallsraten wird die sehr eingeschränkte Chern-Simons-Wirkung von D8-Branen verwendet, aus der eine überraschend große Zerfallsbreite folgt. Die Zerfallsprozesse beinhalten Zerfälle in 2 und 3 Pseudoskalar- und Vektormesonen.

The gluon self-coupling in Quantum Chromodynamics (QCD), the theory of strong interactions, suggests the existence of bound states of gauge bosons, the so-called glueballs. In pure Yang-Mills theory, these are the only possible particle states. In the presence of quarks, the situation is more difficult, because glueball states can mix with quark-antiquark states and their existence is thus hard to confirm experimentally. An outstanding problem is to calculate theoretical predictions of glueball couplings and decay rates from first principles, which will crucially important in identifying glueball states in the experiment. Such calculations are difficult and fraught with uncertainties in the conventional approach using lattice gauge theories. A different approach to such calculations is gauge/gravity duality. In this work previous calculation of glueball decay rates in the Sakai-Sugimoto model, which is a specific string-theoretic realization of gauge/gravity duality based on D8 and anti-D8 probe branes in Witten's holographic model of nonsupersymmetric Yang-Mills theory, are reviewed and extended. This model reproduces various features of low-energy QCD such as chiral symmetry breaking and yields a good approximation to meson and glueball mass spectra. In particular the pseudovector glueball, which is even under parity but odd under charge conjugation, is considered. It is dual to fluctuations in the background Kalb-Ramond field. Calculating the decay rates using the highly constrained Chern-Simons action of the D8 branes one finds a surprisingly large decay width. The decay pattern comprises decays into two and three pseudoscalar and vector mesons.