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    Tesis

    Estudio de las propiedades de los hadrones livianos en presencia de campos magnéticos intensos mediante modelos efectivos de quarks

    2023



    Tesista

    Máximo COPPOLA

    Lic. en Cs. Físicas, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - UBA - Argentina
    Doctora en Ciencia y Tecnología, Mención Física, Instituto Sabato UNSAM - CNEA - Argentina

    Director

    Dr. Norberto N. Scoccola. CNEA - Argentina

    Lugar de realización

    GIyA-CAC – Comisión Nacional de Energía Atómica.  CNEA - Argentina

    Fecha Defensa04/04/2023
    Jurado

    Dr. Alejandro Ayala. UNAM - México.
    Dr. Martín Schvellinger. IFLP-CONICET -  Argentina.
    Dr. Marcelo Loewe. UCChile -  Chile.

    CódigoITS/TD-162/23

    Título completo

    Estudio de las propiedades de los hadrones livianos en presencia de campos magnéticos intensos mediante modelos efectivos de quarks

    Resumen

    Los campos magnéticos intensos de magnitud  pueden ser relevantes para una serie de escenarios físicos. Dichos campos logran resolver la estructura de quarks de un hadrón, modificando significativamente las propiedades de la materia que interactúa fuertemente. En esta tesis empleamos un modelo efectivo de quarks para investigar el efecto que un campo magnético uniforme externo tiene sobre las propiedades de los hadrones más ligeros, es decir, los mesones pseudoescalares y los nucleones. Específicamente, utilizamos un modelo tipo Nambu--Jona-Lasinio (NJL), en el cual la interacción entre quarks es local preservando la simetría quiral. Para el análisis de las partículas cargadas, presentamos un método basado en el uso de autofunciones tipo Ritus para sistemas magnetizados que nos permite tener completamente en cuenta los efectos debidos a la presencia de fases de Schwinger no nulas que han sido usualmente desestimadas en la literatura. Para regularizar el modelo utilizamos un esquema en el cual sólo las contribuciones que no dependen explícitamente del campo son regularizadas. Esto permite evitar ciertos inconvenientes que aparecen en otro tipo de esquemas alternativos. Además, exploramos la posibilidad de incorporar el efecto de catálisis magnética inversa mediante el uso de un acoplamiento dependiente del campo magnético. Dentro de este marco, nos centramos en la dependencia con el campo magnético de las masas del nonete de mesones pseudoescalares así como de los nucleones, donde estos últimos se construyen como estados ligados quark-diquark. Otras propiedades de los piones también son calculadas, como los acoplamientos quark-pión, las velocidades transversales y las constantes de decaimiento, lo que permite estimar el ancho de decaimiento de los piones cargados magnetizados. El decaimiento se analiza en términos generales mediante el método de Ritus, donde mostramos que aparecen cuatro factores de forma independientes al hadronizar las corrientes de quarks. Además revelamos que, en presencia de campo magnéticos muy intensos, el mecanismo de supresión de helicidad está ausente, y que la distribución angular de las partículas salientes es altamente anisotrópica. El método de Ritus y otras estrategias presentadas en este trabajo para tratar sistemas magnetizados representan una herramienta útil que puede aplicarse al cálculo de propiedades de partículas cargadas a través de diferentes enfoques.

    Complete Title

    Study of light hadron properties in the presence of intense magnetic fields through quark effective models

    Abstract

    Strong magnetic fields of magnitude  may be relevant for a range of physical scenarios. Such fields can resolve the quark structure of an hadron, significantly modifying the properties of strongly interacting matter. In this thesis we employ an effective quark model to investigate the effect that an external uniform magnetic field has on the properties of the lightest hadrons, i.e. pseudoscalar mesons and nucleons. Specifically, we use a Nambu--Jona-Lasinio (NJL) type model, in which the interaction between quarks is local while preserving chiral symmetry. For the analysis of charged particles, we present a method based on the use of Ritus-type eigenfunctions for magnetized systems which allow us to fully account for the effects due to the presence of Schwinger phases that have been usually disregarded in the literature. To regularize the model we use a scheme in which only the contributions that do not depend explicitly on the field are regularized. This allows us to avoid certain drawbacks that appear in other types of alternative schemes. In addition, we explore the possibility of incorporating the inverse magnetic catalysis effect through the use of a magnetic field dependent coupling. Within this framework, we focus on the magnetic field dependence of the masses of the nonet of pseudoscalar mesons as well as nucleons, where the latter are constructed as bound quark-diquark states. Other pions properties, such as quark-pion couplings, transverse velocities and decay constants, are also calculated, allowing for an estimation of the decay width of magnetized charged pions. The decay is analyzed on general grounds via the Ritus method, where we show that four independent form factors appear when hadronizing quark currents. We further reveal that, in the presence of a very strong magnetic field, the helicity suppression mechanism is absent, and the angular distribution of outgoing particles is highly anisotropic. The Ritus method and other strategies presented in this work to deal with magnetized systems represent a useful tool that can be applied to the calculation of charged particle properties across different approaches.

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