Claudia Lehmann, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2004 :

"Eichkovariante Mehrskalenanalyse komplexer Systeme"


"Gauge covariant multiscale analysis of complex systems"



Schlagwörter: gauge field theory; higgs model; renormalization; spin systems; differential equations; spontaneous symmetry breaking
PACS : 11.15.Ha; 11.10.Nx; 11.10.Gh


Summary

Kurzfassung

Eine fundamentale physikalische Theorie zeichnet sich durch ein Minimum an a-priori-Struktur aus. Der Beobachtung zugaengliche physikalische Phaenomene auf niedrigeren Energieskalen koennen als Resultat einer Komplexitaetsreduktion erklaert werden. Somit ist die Bildung effektiver Theorien von zentraler Bedeutung. Renormierungsgruppentransformationen und Mehrgitterverfahren, als eine Form dieser, zielen auf die Bildung von effektiven Theorien. Diese sollten die Physik auf einer groeberen Skala wiedergeben und dabei Lokalitaet und Eichkovarianz gewaehrleisten. In dieser Arbeit werden unter Beruecksichtigung von Lokalitaetsforderungen Blockspins (Variablen der effektiven Theorie) konstruiert. Sie finden ihre Anwendung in der Loesung diskretisierter elliptischer Differentialgleichungen, die mit Hilfe von Mehrgitterverfahren geloest werden koennen. Ein allgemeiner Formalismus, der nicht von einer a-priori-Hilbertraumstruktur ausgeht, wird hier anhand eines Zweigitters vorgestellt. Die Eichkovarianz des resultierenden Blockspins wird diskutiert. Die Forderung nach Lokalitaet einer effektiven Theorie kann aber auch zu nichtunitaeren Paralleltransportern fuehren. Higgsfelder koennen als Teil eines solchen nichtunitaeren Paralleltransporters in eine fuenfte Dimension interpretiert werden und durch Renormierungsgruppentransformationen entstehen. In einem eindimensionalen Beispiel wird der Renormierungsgruppenfluss des Higgspotentials exakt berechnet. (Diese Dimension soll spaeter als Extradimension interpretiert werden.) Beginnend mit einer reinen Eichtheorie am UV-Fixpunkt naehert sich der Fluss im asymptotischen Verhalten dem IR-Fixpunkt, der berechnet wird. Spontane Symmetriebrechung kann zur Massenaufspaltung von Fermionen unterschiedlichen Flavors fuehren. Die Moeglichkeiten der Symmetriebrechung werden hier diskutiert. Basierend auf einer gemeinsamen Arbeit mit G. Mack und T. Pruestel wird ein eichtheoretisches Modell in fuenf Dimensionen vorgestellt, dessen effektive Theorie das Standardmodell liefert. Es erklaert die Flavor-Massenaufspaltung als Folge eines Higgsmechanismus und bietet die Moeglichkeit,die Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix im Prinzip zu berechnen.

Titel

Kurzfassung

Summary

A fundamental physical theory is characterized by a minimum of a priori structure. Observable physical phenomena at low energy scales can be explained as a result of complexity reduction. Thus the building of effective theories is of fundamental importance. Renormalization group transformations and multigrid methods as a sort of it aim at constructing effective theories. These should reproduce the physics at a larger scale providing for locality and gauge covariance. In this thesis block spins (variables of the effective theory) are constructed with respect to locality requirements. They are used to solve discretized elliptical differential equations by means of multigrid methods. A generalized formalism is presented in form of a twogrid. It does not assume a Hilbert space a priori. The gauge covariance of the resulting block spin is discussed. The locality requirement of an effective theory may also lead to nonunitary parallel transporters. Higgs fields may be interpreted as a part of such a nonunitary parallel transporter in a fifth dimension. They may arise as a result of renormalization group transformations. The renormalization group flow of the Higgs potential is computed in a one-dimensional example. (This dimension will later be interpreted as extra dimension.) Starting with a pure gauge theory at the UV-fixpoint the flow moves towards an IR-fixpoint in the asymptotic behaviour. This is computed exactly. Spontaneous symmetry breaking can lead to a splitting of the masses of the fermions of different flavor. The possibilities of symmetry breaking are discussed. Based on joint work with G. Mack and T. Pruestel a gauge theoretic model in five dimensions is introduced, which contains the standard model as effective theory. It explains flavor mass splitting as result of a Higgs mechanism and provides the possibility to compute the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix in principle.