Color confinement and topology in lattice gauge theories
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
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| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-25032025-084717/ |
Resumo: | The lattice formulation of gauge theories provides a natural regularization procedure that allows us to study the infrared regime exactly, in a nonperturbative way, through Monte Carlo simulations. In this dissertation, in order to motivate the introduction of lattice discretization, we begin by formulating Quantum Mechanics in discrete space. Then, we develop the lattice formulation of Quantum Field Theory, studying the free scalar field and Yang-Mills theory. We show how the lattice works as a regularization scheme, which makes the field theory finite and well-defined. To recover the original theory, the continuum limit must be taken, which requires an analysis through the renormalization group. We discuss this for gauge theories. Then, we present the numerical methods used to generate configurations, and use them to study the center-dominance scenario for confinement, by measuring the static quark-antiquark potential and the gluon correlator. For this, we need to fix the Landau and the Maximal Center gauges via numerical techniques required for gauge fixing, which are also presented. In our own numerical simulations, we reproduce results indicating that the center vortices are the dominant degrees of freedom in the infrared regime, namely: 1) The linear behavior of the quark-antiquark potential can be reproduced by a vortex-only ensemble, while it disappears in a vortex-removed ensemble, 2) the removal of the vortices causes the gluon correlator to be suppressed in the infrared limit, which indicates that the long-range correlations are associated with these degrees of freedom. |
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Color confinement and topology in lattice gauge theoriesConfinamento de cor e topologia em teorias de gauge na redeCenter dominanceCenter vorticesConfinamentoConfinementDominância de centroLattice gauge theoryTeoria de gauge na redeVórtices de centroThe lattice formulation of gauge theories provides a natural regularization procedure that allows us to study the infrared regime exactly, in a nonperturbative way, through Monte Carlo simulations. In this dissertation, in order to motivate the introduction of lattice discretization, we begin by formulating Quantum Mechanics in discrete space. Then, we develop the lattice formulation of Quantum Field Theory, studying the free scalar field and Yang-Mills theory. We show how the lattice works as a regularization scheme, which makes the field theory finite and well-defined. To recover the original theory, the continuum limit must be taken, which requires an analysis through the renormalization group. We discuss this for gauge theories. Then, we present the numerical methods used to generate configurations, and use them to study the center-dominance scenario for confinement, by measuring the static quark-antiquark potential and the gluon correlator. For this, we need to fix the Landau and the Maximal Center gauges via numerical techniques required for gauge fixing, which are also presented. In our own numerical simulations, we reproduce results indicating that the center vortices are the dominant degrees of freedom in the infrared regime, namely: 1) The linear behavior of the quark-antiquark potential can be reproduced by a vortex-only ensemble, while it disappears in a vortex-removed ensemble, 2) the removal of the vortices causes the gluon correlator to be suppressed in the infrared limit, which indicates that the long-range correlations are associated with these degrees of freedom.A formulação de rede das teorias de gauge fornece um procedimento de regularização natural que nos permite estudar o regime infravermelho exatamente, de forma não perturbativa, por meio de simulações de Monte Carlo. Nesta dissertação, para motivar a introdução da discretização de rede, começamos formulando a Mecânica Quântica no espaço discreto. Em seguida, desenvolvemos a formulação de rede da Teoria Quântica de Campos, estudando o campo escalar livre e a teoria de Yang-Mills. Mostramos como a rede funciona como um esquema de regularização, o que torna a teoria de campos finita e bem definida. Para recuperar a teoria original, o limite do contínuo deve ser tomado, o que requer uma análise por meio do grupo de renormalização. Discutimos isso para teorias de gauge. Em seguida, apresentamos os métodos numéricos usados para gerar configurações e os usamos para estudar o cenário de dominância de centro para confinamento, medindo o potencial estático de quark-antiquark e o correlacionador de glúons. Para isso, precisamos fixar o gauge de Landau e o Maximal Center Gauge, por meio de técnicas numéricas para a fixação do calibre, que também são apresentadas. Em nossas próprias simulações numéricas, reproduzimos resultados indicando que os vórtices de centro são os graus de liberdade dominantes no regime infravermelho. São eles: 1) O comportamento linear do potencial quark-antiquark pode ser reproduzido por um ensemble somente de vórtices, enquanto ele desaparece em um ensemble sem vórtices, 2) a remoção dos vórtices faz com que o correlator de glúons seja suprimido no limite infravermelho, o que indica que as correlações de longo alcance estão associadas a esses graus de liberdade.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPMendes, Tereza Cristina da RochaTonhon, Rafael Carlos Silva2025-01-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-25032025-084717/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2025-03-26T13:28:02Zoai:teses.usp.br:tde-25032025-084717Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-03-26T13:28:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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The lattice formulation of gauge theories provides a natural regularization procedure that allows us to study the infrared regime exactly, in a nonperturbative way, through Monte Carlo simulations. In this dissertation, in order to motivate the introduction of lattice discretization, we begin by formulating Quantum Mechanics in discrete space. Then, we develop the lattice formulation of Quantum Field Theory, studying the free scalar field and Yang-Mills theory. We show how the lattice works as a regularization scheme, which makes the field theory finite and well-defined. To recover the original theory, the continuum limit must be taken, which requires an analysis through the renormalization group. We discuss this for gauge theories. Then, we present the numerical methods used to generate configurations, and use them to study the center-dominance scenario for confinement, by measuring the static quark-antiquark potential and the gluon correlator. For this, we need to fix the Landau and the Maximal Center gauges via numerical techniques required for gauge fixing, which are also presented. In our own numerical simulations, we reproduce results indicating that the center vortices are the dominant degrees of freedom in the infrared regime, namely: 1) The linear behavior of the quark-antiquark potential can be reproduced by a vortex-only ensemble, while it disappears in a vortex-removed ensemble, 2) the removal of the vortices causes the gluon correlator to be suppressed in the infrared limit, which indicates that the long-range correlations are associated with these degrees of freedom. |
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