Непертурбативные эффекты в суперсимметричных калибровочных теориях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

Учреждение Российской Академии наук Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН

УДК 529.12.01 На правах рукописи

ЮНГ Алексей Викторович

Непертурбативные эффекты в суперсимметричных калибровочных теориях

01.04.02 - теоретическая физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

2 2 (ТЧ 2011

Гатчина 2011

4853192

Работа выполнена в Отделении теоретической физики Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН.

Официальные оппоненты:

АНДРИАНОВ Александр Андреевич,

доктор физико-математических наук, профессор,

НОВИКОВ Виктор Александрович,

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник,

РУБАКОВ Валерий Анатольевич, академик РАН.

Ведущая организация:

Лаборатория теоретической физики им. H.H. Боголюбова, Объединенный институт ядерных исследований.

Защита состоится "...3....."2011 г. в .^.Г.часов на

заседании диссертационного совета Д-002.115.01 при Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН по адресу: 188300, Ленинградская обл., г. Гатчина, Орлова роща, ПИЯФ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПИЯФ РАН.

Автореферат разослан "..4.8."..в.

$»?>im.2011 г.

г.

Ученый секретарь диссертационного совета

у

и

И.А. Митропольский

1 Общая характеристика работы

1.1 Актуальность темы исследования

Проблема невылетания цвета (конфайнмента) остается одной из основных нерешенных фундаментальных проблем теоретической физики высоких энергий. К сожалению, квантовая хромодинамика (КХД) находится в режиме сильной связи, и поэтому аналитические методы исследования неабелевой динамики в этой теории натыкаются в течение многих лет на непреодолимые трудности.

В связи с этим представляется естественным расширить круг изучаемых теорий и провести детальное исследование различных физических режимов, в которых могут находиться другие неабелевы калибровочные теории, уделяя особое внимание фазе конфайнмента. Дело в том, что конфайнмент, наряду с кулоновской и хиггсовской фазами, является одним из режимов, характерных для четырехмерных калибровочных теорий. Исследование конфайнмента в широком круге неабелевых калибровочных теорий позволило бы пролить свет на физику данного явления и его общие черты, характерные для различных теорий. Эхо дало бы качественную картину конфайнмента в КХД и, возможно, позволило бы развить приближенные количественные методы исследования конфайнмента, применимые в КХД.

Одним из наиболее перспективных направлений такого подхода является исследование непертурбативной динамики в суперсимметричных калибровочных теориях. Суперсимметрия, симметрия между бозонами и фермионами, была открыта в семидесятых годах, и к настоящему времени суперсимметричные теории поля и струн доминируют в теоретической физике высоких энергий.

К сожалению, в природе суперсимметрия, по-видимому, нарушена столь сильно, что нет экспериментальных свидетельств ее наличия. Тем не менее, с теоретической точки зрения, идея суперсимметрии оказалась чрезвычайно плодотворной.

Теоремы о неперенормируемости, голоморфность и аналитичность позволили получить массу важной информации, а в некоторых случаях и практически полностью определили динамику четырехмерных суперсимметричных неабелевых теорий. В частности, во многих случаях уда-

лось продвинуться в область сильной связи, что немыслимо в несупер-симметричных теориях типа КХД. Особенно интересными представляются результаты по исследованию конфайнмента в суперсимметричных неабелевых теориях. Именно таким аспектам использования суперсимметрии для изучения неабелевой непертурбативной динамики посвящена данная диссертация.

Особое место в диссертации занимает проблема конфайнмента. Механизм конфайнмента, основанный на конденсации монополей, был предложен в N ~ 2 суперсимметричной КХД Зайбергом и Виттеном. Несмотря на прогресс, произошедший в нашем понимании динамики суперсимметричных неабелевых теорий с выходом в свет работ Зайберга-Виттена, до сих пор остается без ответа фундаментальный вопрос: может ли конфайнмент в модели Зайберга-Виттена служить прототипом конфайнмента в КХД. Исследование различных аспектов конфайнмента в теориях Зайберга-Виттена с различными калибровочными группами, различным составом материи в различных режимах и сравнению их с тем, что мы ожидаем от конфайнмента в КХД, является одной из важнейших задач диссертации.

В частности, вскоре после выхода в свет работ Зайберга-Виттена стало ясно, что сценарий конфайнмента, предложенный в них, является сценарием абелевого конфайнмента. Однако ни в КХД, ни даже в А/" = 1 суперсимметричной КХД нет никаких признаков абелизации. Все калибровочные бозоны играют одинаково важную роль в этих теориях. Поэтому для описания конфайнмента в этих теориях нам необходима модель неабелевого конфайнмента. Этим и определяется актуальность темы диссертации. Модель неабелевого конфайнмента, основанная на неабелевых струнах, предложена в настоящей диссертации.

1.2 Цель работы и постановка задачи

Целью диссертационной работы было детальное исследование непер-турбативных эффектов в широком классе суперсимметричных калибровочных теорий. Предполагалось изучение ВРЗ-солитонов различных размерностей. В частности, планировалось изучение динамики инстан-тонов, трубок потока монополей и доменных стенок в N = 1 и Я — 2 суперсимметричной КХД. Особое внимание предполагалось уделить поиску неабелевых струн, которые могли бы быть ответственными

за неабелев конфайнмент.

В диссертации ставились следующие задачи:

1. Найти неабелевы струны в М = 2 КХД, которые могли бы быть ответственными за неабелев конфайнмент.

2. Исследовать, что происходит с неабелевыми струнами в Я = 2 КХД при деформации, нарушающей Я = 2 суперсимметрию до Я = 1 и превращающей эту теорию в Я = 1 КХД.

3. Выяснить, что происходит при этой деформации с монополями, находящимися на струне. Выживают ли они при деформации, приводящей к теории, в которой отсутствует абелизация.

4. Исследовать, что происходит с неабелевыми струнами при полном отсутствии суперсимметрии.

5. Разработать теоретико-полевую модель £>-браны, т. е. предложить теорию, в которой калибровочное поле локализовалось бы на доменной стенке.

6. Выяснить род сверхпроводимости в монопольной точке в теории Зайберга-Виттена. Это прояснит вопрос о наличии или отсутствии бесконечной "башни" струнных мезонов, отвечающих абрикосов-ским струнам с высшими "намотками".

7. Выяснить, что происходит с конфайнментом кварков и монополей в точке Аргиреса-Дугласа, где кварковый и монопольный вакуу-мы сталкиваются.

8. Разобраться, что происходит с конфайнментом на хиггсовских ветвях, где хиггсовский скаляр безмассовый и поперечный размер конфинирующей струны растет.

9. Сконструировать общий метод учета инстантон-антиинстантонных конфигураций в функциональном интеграле. Такие конфигурации не являются решениями уравнений движения, и поэтому стандартный метод перевала к ним неприменим.

10. Проверить этот метод на простых квантово-механических моделях, а затем применить к Я — 1 суперсимметричной КХД для построения инстантонного вакуума в этой теории.

11. Суперсимметризовать метод эффективного инстантонного лагранжиана, применить его для вычисления одноинстантонных эффектов в N = 2 суперсимметричной калибровочной теории и сравнить результаты с точным решением Зайберга-Виттена.

1.3 Научная новизна

Одним из основных новых результатов диссертации является открытие и детальное исследование неабелевых струн. Эти струны играют ключевую роль в неабелевом механизме конфайнмента.

Открытие неабелевых струн привело к возникновению нового направления исследований: соответствия между четырехмерными неабе-левыми калибровочными теориями и двумерными СР{И -1) моделями, описывающими внутреннюю динамику ориентационных мод неабелевой струны. Это соответствие изучается в диссертации для теорий с N = 2 , N =1 суперсимметриями, а также и в несуперсимметричном случае.

Кроме того, в диссертации предложен новый, так называемый долинный, метод, позволяющий учитывать инстантон-антиинстантонные конфигурации в теории.

Все полученные в диссертации результаты являются оригинальными.

1.4 Достоверность результатов и апробация работы

Достоверность полученных в диссертации результатов определяется использованием современного аппарата теоретической физики и сравнением с результатами других авторов. Кроме того, результаты диссертации подвергались проверке на согласованность друг с другом и с общими физическими принципами. Также рассматривались различные предельные случаи, в которых результаты, полученные в диссертации, совпадали с известными ранее.

Результаты, полученные в диссертации, неоднократно докладывались на различных международных конференциях и симпозиумах. Далеко не полный список включает выступления соискателя на международных конференциях, таких как конференция "Continuous Advances in QCD", University of Minnesota, USA, 2011; Симпозиум "QCD and Strings: Elements of a Universal Theory", Oberwoelz, Austria, 2010; International Seminar "Quarks- 2010", Kolomna, Russia, 2010; "Symposium on Theoretical and Mathematical Physics", St. Petersburg, Russia, 2009; GGI Workshop "Non-perturbative methods in strongly coupled gauge theories", Florence, Italy, 2008; International Seminar "Quarks- 2006 '^Repino, St. Petersburg, Russia, 2006; International Workshop "Supersymmetries and Quantum Symmetries", Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia, 2005; International Seminar "Quarks-2004", Pushkinskie Gori, Russia, 2004; "Continuous Advances in QCD", University of Minnesota, USA, 2002; Workshop on Non-Perturbative methods in Field and String Theories, ITP, Santa Barbara, USA, 2002; "Ioffefest", Paris, France, 2001; International conference "Quantization, Gauge Theories and Strings", Moscow, 2000 и других.

Кроме того, результаты, полученные в диссертации, докладывались на многочисленных теоретических семинарах во многих научных центрах США и Западной Европы, в том числе ежегодно (начиная с 1998 года) на семинарах FTPI, University of Minnesota, USA; на семинаре в Saclay, Paris, France; в University Stony Brook, USA; в CERN, Geneve, Switzerland; в Cambridge, Britain; в Oxford, Britain; многократно на теоретических семинарах в University of Swansea, Britain (куда соискатель приезжал с визитами в 1992-1997 годах); на семинарах в SISSA, Trieste, Italy (где соискатель находился в командировке в 1990-1992 годах); на семинарах в теоретическом отделе ИТЭФ (Москва), ОИЯИ (Дубна) и постоянно докладывались на семинарах ПИЯФ.

1.5 Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, десяти глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 358 страниц. Она содержит 3 таблицы и 35 рисунков. Список литературы содержит 234 ссылки.

2 Содержание диссертации

Во введении представлен обзор современного состояния исследований непертурбативных эффектов в суперсимметричных калибровочных теориях, сформулированы цели диссертации, описаны методы исследования и кратко изложено содержание диссертации и ее основные результаты.

Первые три главы диссертации посвящены систематическому изучению динамики инстантонов в суперсимметричных теориях. Для описания инстантон-антиинстантонных взаимодействий в первой главе предложен так называемый долинный метод. Дело в том, что инстантон-антиинстантонная конфигурация не является решением уравнений движения, и требуется определенная модификация стандартного метода перевала для правильного учета этой конфигурации в функциональном интеграле. В первой главе диссертации разработан долинный метод интегрирования по траекториям наискорейшего спуска в функциональном интеграле.

Долинный метод применим к вычислению функционального интеграла в случае, когда в функциональном пространстве имеется несколько направлений, вдоль которых действие меняется медленно. Эти направления (долины) отвечают квазинулевым модам оператора 628(ф)/5ф(х)5ф(у). Здесь ф обозначает обобщенную бозонную полевую переменную, Э(ф) - действие теории. Важным примером является конфигурация далеко разведенных друг от друга инстантона и антиинстан-тона. Расстояние между их центрами представляет собой коллективную координату, параметризующую такую долину.

Важной составляющей долинного метода является долинное уравнение, определяющее траекторию "дна долины", например того, что можно было бы назвать классической инстантон-антиинстантонной конфигурацией. Это уравнение имеет вид

где т¿ - набор коллективных координат, параметризующих долину, а е? - множители Лагранжа. Смысл этого уравнения в том, что касательная к долинной траектории направлена в функциональном пространстве по градиенту действия. Физически уравнение (1) представ-

(1)

ляет собой "закон Аристотеля": скорость пропорциональна силе. Подобному уравнению удовлетворяет течение вязкой жидкости. Поэтому это уравнение также названо "уравнением ручейка".

Уравнению (1) удовлетворяет любая линия наискорейшего спуска в функциональном пространстве. Чтобы выделить нужную нам долинную конфигурацию, необходимо наложить граничные условия, отвечающие тому, что, скажем, инстантон-антиинстантонная конфигурация стремится к сумме инстантона и антиинстантона на бесконечном расстоянии между их центрами. При этом параметры г,2(г), характеризующие величину линейного члена (уклона долины), малы, е?(т) 1.

В качестве иллюстрации долинный метод применен для исследования инстантон-антиинстантонных взаимодействий в простейших суперсимметричных и несуперсимметричных квантово - механических системах.

Во второй главе диссертации долинный метод применяется для анализа эффектов инстантон-антиинстантонных взаимодействий в N = 1 суперсимметричной КХД. Дело в том, что знаменитый суперпотенциал Афлека-Дайна-Зайберга является одноинстантонным эффектом. Однако соответствующий скалярный потенциал вдоль плоского направления возникнет только на инстантон-антиинстантонном уровне. Во второй главе диссертации этот потенциал получен непосредственно как эффект инстантон-антиинстантонного взаимодействия. Для теории с группой 577(2) и одним ароматом кварков он имеет вид

д ю

где V2 = <2 и С] ~ кварковые суперполя, А - масштаб теории, а

к = 1,2- цветовой индекс.

Получение этой формулы потребовало построения конформно инвариантной инстантон-антшшстантонной конфигурации и вычисления инстантон-антиинстантонного взаимодействия в бозонном секторе теории. Кроме того, оно потребовало учета перекрытия нулевых фермион-ных мод инстантона и антиинстантона, представленного как инстантон-антиинстантонное взаимодействие в фермионном секторе.

Далее во второй главе диссертации исследуется кулоновский газ ин-стантонов и антиинстантонов. Кулоновское дальнодействие в инстан-

тонной среде связано с наличием скалярных кварков. С использованием метода Полякова инстантонный кулоновский газ сводится к эффективной теории синус-Гордона. Интегрирование по размерам инстантона в суперпотенциале теории синус-Гордона дает суперпотенциал Афлека-Дайна-Зайберга.

Кроме того, во второй главе диссертации анализируется вопрос о том, насколько хорошо определены инстантон-антиинстантонные эффекты в четырехмерных калибровочных теориях. Для этого, в качестве примера, с помощью долинного метода вычисляется вклад в энергию вакуума в высокотемпературной КХД. Показано, что, в отличие от суперсимметричных теорий, где этот вклад хорошо определен, в высокотемпературной КХД он смешивается с высокими порядками теории возмущений и плохо определен.

Третья глава диссертации посвящена проверке точного решения Зайберга-Виттена в Я = 2 суперсимметричной КХД. Дело в том, что решение Зайберга-Виттена было основано на ряде гипотез. В частности, в простейшем варианте М = 2 теории с калибровочной группой 51/(2) без материи предполагалось, что на кулоновской ветви имеются две сингулярные точки, в которых монополь и дион соответственно становятся безмассовыми. В связи с этим встал вопрос о проверке этих гипотез и основанном на них решении Зайберга-Виттена.

Такая проверка, в частности, осуществлялась с помощью инстантон-ных вычислений в исходной неабелевой теории. Дело в том, что точное решение Зайберга - Виттена для эффективного низкоэнергетического препотенциала теории представляют собой ряд по инстантонным вкладам. Каждый член этого ряда отвечает инстантону с данным топологическим зарядом. Проверка состояла в том, что вычислялись несколько инстантонных вкладов, отвечающих низшим топологическим зарядам, и результаты сравнивались с разложением решения Зайберга-Виттена.

В третьей главе диссертации предложен метод инстантонного эффективного лагранжиана, в рамках которого эффекты, индуцированные инстантоном на больших расстояниях, описываются с помощью эффективной точечной вершины в низкоэнергетическом лагранжиане. В N = 2 калибровочной теории без материи эта вершина имеет вид

1/ЛГ=2__^1 [¿I.

х-

йрБ Л^ив 1 РЗ 2тг2 (Фа2)

сРасР^т^Ъ

х схр - , (3)

где Фа - Л^ = 2 суперполе калибровочной напряженности (а = 1,2,3 - цветной присоединенный индекс, Vf& - суперковариантные производные, действующие в присоединенном представлении калибровочной группы (/= 1 ,2 нумерует первую и вторую суперсимметрии), а д2 - калибровочная константа связи. Интегрирование в этом потенциале производится по всем суперсимметризованным коллективным координатам инстантона: его центру х^, размеру ps, ориентационному вектору us, а также по полному набору фермионных коллективных координат: а,

ГЦ и Г] 2.

Этот потенциал использован для вычисления эффективного низкоэнергетического лагранжиана в Я = 2 калибровочной теории с группой 5(7(2). С его помощью удается не только воспроизвести одноинстантон-ный препотенциал Зайберга-Виттена, но и вычислить весь бесконечный ряд поправок к нему по степеням высших производных. Иными словами, оказалось, что решение Зайберга-Виттена не является "точным решением".

Далее метод инстантонного эффективного лагранжиана использован в теории с Nf фундаментальными гипермультиплетами материи (кварками) - Я = 2 КХД. Построена эффективная инстантонная вершина в этой теории, и с ее помощью найдена лидирующая поправка по высшим производным в эффективной низкоэнергетической теории в трех областях модулярного пространства: на кулоновской ветви вдали от кварковых сингулярностей, на кулоновской ветви вблизи корня хигг-совской ветви, а также на хиггсовской ветви вдали от сингулярности в начале координат.

В четвертой главе диссертации изучается конфайнмент и формирование струн Абрикосова-Нельсена-Олесена (AHO) вблизи монопольной точки в Я = 2 калибровочной теории без материи. Этот сценарий был предложен в работе Зайберга-Виттена. Однако довольно быстро стало ясно, что конфайнмент вблизи монопольной точки имеет абелев характер и поэтому, возможно, приводит к нежелательно большому числу адронных состояний по сравнению с тем, что мы ожидаем в КХД. Дело в том, что вакуумные средние присоединенных скаляров разрушают калибровочную группу SU (N) исходной теории до максимальной абелевой подгруппы U(l)N~l. В каждом из U( 1) факторов,вообще ro-

воря, возникает целая бесконечная "башня" струнных состояний, отвечающих высшим намоткам. Это может привести к бесконечной "башне" экзотических многокварковых мезонов. С другой стороны, нет экспериментальных указаний на наличие такой бесконечной "башни" стабильных экзотических многокварковых мезонов в природе.

Изучению этой проблемы в основном и посвящена четвертая глава диссертации. Стабильность высших струнных состояний определяется родом сверхпроводимости. В четвертой главе изучается простейший вариант теории с калибровочной группой ££/(2). Показано, что в пределе малой массы присоединенной материи ц сверхпроводимость оказывается на границе между I и II родом и струны являются ВРБ-насыщенными. При возрастании ц возникает сверхпроводимость I рода, что приводит к возникновению "башни" стабильных экзотических мезонных состояний в спектре теории. Таким образом, конфайнмент вблизи монопольной точки оказывается не похож на тот, который мы ожидаем в КХД.

Далее в четвертой главе рассматривается И = 2 КХД с одним ароматом кварков и калибровочной группой 5С/(2), деформированная массовым членом присоединенной материи. В этой теории изучается зависимость киральных конденсатов от массы ц присоединенной материи. В пределе малых ц теория является N = 2 КХД, тогда как в пределе р оо присоединенная материя отщепляется, и возникает Я = 1 КХД. В этом последнем пределе киральные конденсаты определяются суперпотенциалом Афлека-Дайна-Зайберга,

где Л1 - масштаб Я = 2 КХД, а т- масса кварка.

Оказалось, что киральные конденсаты даются точными по р, формулами, которые позволяют их продолжить в предел малых ц, где они определяются из кривой Зайберга- Виттена,

где и =< Фа*/2 >, а Фа - присоединенное суперполе. А именно с использованием тождеств Кониши в разделе 4.7 показано, что три критические

у2 = х5 - их2 + тА\х -

(5)

точки суперпотенциала (4) совпадают с тремя нулями дискриминанта кривой Зайберга-Виттена (5). Последние отвечают монопольному, ди-онному и кварковому вакуумам теории.

Таким образом, удается найти связь между N = 1 суперпотенциалом Афлека-Дайна-Зайберга и Я = 2 кривой Зайберга-Виттена. Отметим при этом, что потенциал Афлека-Дайна-Зайберга является одно-инстантонным эффектом, в то время как кривая Зайберга-Виттена учитывает сумму инстантонов со всеми топологическими зарядами.

Далее в четвертой главе вычисляются монопольный и зарядовый конденсаты и показано, что оба эти конденсата обращаются в нуль в точке Аргиреса-Дугласа. Это интерпретируется как деконфайнмент в этой точке.

Кроме того, в четвертой главе рассматривается вопрос о вложении абелевых АНО-струн в неабелеву теорию. Эта проблема характерна для теории Зайберга-Виттена. Для простоты рассматривается несуперсим-метричная модель, в которой калибровочная группа 5С/(2) нарушается до и (1) конденсацией присоединенных скаляров с большим вакуумным средним. Далее, на гораздо более низком масштабе группа и (1) нарушается конденсатом фундаментальных или других присоединенных скаляров. На этом втором этапе образуется целая "башня" абелевых АНО-струн. Далее изучается, что происходит с этими струнами при вложении в исходную неабелеву теорию. Оказывается, что большинство абелевых струн метастабильны. Если скаляры, которые развивают вакуумные средние на втором этапе, фундаментальные, то все струны являются метастабильными. Если же скаляры присоединенные, то струны с низшим намоточным числом (.^-струны) стабильны, остальные - метастабильны. Вычисляется вероятность распада метастабильных струн. Она оказывается пропорциональна малой экспоненте от отношения квадрата массы монополя к натяжению струны,

где Мт - масса монополя, а Т - натяжение струны. Этот результат интерпретируется как разрыв струны рождением монополь-антимоно-польных пар.

Пятая глава диссертации посвящена исследованшо другого сценария конфайнмента - конфайнмента на хиггсовских ветвях. В отличие

(6)

от конфайнмента вблизи монопольной точки, в этом сценарии не требуется деформировать теорию введением массы присоединенной материи. При слиянии двух или нескольких сингулярных точек одинакового типа на кулоновской ветви из общего корня вырастает хиггсовская ветвь. На ней происходит конденсация заряженных полей материи. Если конденсируются монополи, то происходит конфайнмент электрических зарядов, если кварки, то монополи оказываются в фазе конфайнмента.

В пятой главе диссертации рассматривается простейший сценарий такого типа - конфайнмент монополей на хиггсовской ветви, на которой происходит конденсация кварков. Хиггсовская ветвь представляет собой предельный случай сверхпроводника I рода с безмассовыми хиггсовскими скалярами. Априори вообще неясно, образуется ли АНО-струны в таком режиме. Дело в том, что при наличии безмассовых частиц поперечный размер струны неограниченно растет, что могло бы приводить к утере растущего потенциала конфайнмента.

В пятой главе исследуются абрикосовские струны в таком режиме. Показано, что размер струны растет лишь логарифмически, при этом логарифм обрезается длиной струны. Показано, что натяжение струны определяется формулой

Т=-.-г, (7)

log m7 L

где v - вакуумное среднее скалярного кварка, т7 - масса фотона, a L - длина струны. Такое поведение натяжения струны приводит к специфическому нелинейному потенциалу конфайнмента ~ L/logL, где L-расстояние между тяжелыми пробными источниками.

Далее в пятой главе рассматривается более сложная ситуация, когда геометрия на хиггсовской ветви искривлена, например введением члена Фое-Илиопулоса. Такое искривление возникает как в Я = 1 КЭД, так и в N = 2 КХД при введении малой массы присоединенной материи. Найдены струнные решения в этих случаях, и вычислены натяжения струн.

В шестой главе построена теория неабелевых струн, отвечающих за неабелев конфайнмент. А именно: в этой главе обсуждаются АНО-струны в Я = 2 КХД в режиме, в котором исходная неабелева группа нарушается присоединенными скалярами до подгруппы, содержащей неабелев фактор. Рассматривается простейший вариант такого рода, когда исходная теория имеет калибровочную группу SU(N + 1), которая

нарушена присоединенными скалярами до 51/(АГ) х У(1).Такой режим в N = 2 КХД возможен при достаточно большом числе кварковых ароматов в пределе, когда массы конденсирующихся кварков равны. Оказывается, что в этом пределе имеется дополнительная ви(И) подгруппа глобальной цветной и флейворной групп (51/(И)с+р)> которая не нарушена ни присоединенными, ни фундаментальными вакуумными средними. Наличие такой подгруппы приводит к возникновению ориента-ционных нулевых мод струны, вращающих ее поток внутри группы. Это делает струну по-настоящему неабелевой. По-видимому, формирование таких неабелевых струн и приводит к неабелевому кон-файнменту в теориях типа КХД.

Далее обсуждается эффективная двумерная теория для этих ори-ентационных нулевых мод на мировой поверхности неабелевой струны. Оказывается, что динамика ориентационных мод описывается (1 + Замерной Л/" = (2. 2) суперсимметричной СР(N — 1) сигма-моделью

5( 1+1) = 2/3 1<к<Ь {(дкп'дкп) + (п'дкп)2} , (8)

где п - единичный комплексный вектор, описывающий ориентацию струны, а г параметризует ее мировую поверхность, к = 0,3. Константа связи р определяется четырехмерной калибровочной константой

Элементарные иеабелевы струны четырехмерной теории отвечают N вакуумам эффективной СР{И — 1) модели на поверхности неабелевой струны.

Далее в шестой главе обсуждаются.??/(ЛГ) монополи, которые в фазе конфайнмента являются узлами, связывающими две элементарные неабелевы струны разных типов. Выводятся и решаются уравнения первого порядка для таких ВР8-монополей. С точки зрения эффективной СР(Ы — 1) сигма-модели на мировой поверхости струны, такой монополь представляет собой доменную стенку (кинк), интерполирующую между двумя вакуумами СР(N — 1) сигма-модели. Масса монополя -кинка определяется аномальными членами в центральном заряде суперсимметричной алгебры.

Интерпретация (3 + 1)-мерного монополя как (1 + 1)-мерного кинка дает связь между точным решением Зайберга-Виттена на кулонов-

ской ветви и точным решением Л/* = 2 суперсимметричной массивной СР(Я — 1) сигма-модели, найденным Дори. Эта связь была отмечена Дори ранее, но в течение длительного времени не находилось никаких объяснений этому обстоятельству.

В заключительном разделе шестой главы описывается физическая картина неабелева конфайнмента монополей. Показано, что невылетаю-щие монополь и антимонополь, соединенные друг с другом двумя струнами, образуют струнный мезон. Такие мезоны могут принадлежать присоединенному представлению глобальной ненарушенной группы и, в этом смысле, напоминают кварк-антикварковые мезоны КХД. Отличие состоит в том, что "конституэнтным кварком" в таком мезоне оказывается монополь.

В седьмой главе рассматривается нарушение Я = 2 суперсимметрии до Я = 1. Такое нарушение возникает при добавлении в теории массового члена ¡м для присоединенного мультиплета. В частности, в пределе ц —> оо присоединенные скаляры вообще отщепляются,и теория переходит в Я = 1 КХД. Так как в Я = 1 КХД нет присоединенных скаляров, то не происходит и абелизации теории, т. е. нарушения неабелевой калибровочной симметрии до абелевой, характерного для Я = 2 суперсимметричной теории Зайберга-Виттена. Все калибровочные бозоны в этой теории входят на равных основаниях. Ясно, что абелев сценарий конфайнмента Зайберга-Виттена тут не работает. В этой теории, так же как и в несуперсимметричной КХД, очевидно реализуется неабелев конфайнмент. Поэтому возникает проблема понять механизм такого конфайнмента.

Открытие неабелевых струн, описанное в шестой главе,вселяет надежду на решение этой проблемы. Как подробно описывается в шестой главе^в Я = 2 КХД при специальном выборе параметров; 31/(Я) подгруппа калибровочной группы 1/(М) остается ненарушенной при конденсации присоединенных скаляров. Это важное обстоятельство демонстрирует то, что образование неабелевых струн не связано с наличием присоединенных вакуумных средних. Это, в свою очередь, открывает возможность придать присоединенным полям массу и, сделав ее большой, отщепить эти поля от низкоэнергетической теории, не потеряв при этом основных черт неабелевых струн и конфайнмента.

В начале седьмой главы рассматривается Я = 2 калибровочная теория с калибровочной группой {/(Л0 и Nf = N ароматами кварков. Эта

теория деформируется массовым членом fi присоединенной материи, который нарушает Л/* = 2 суперсимметрию до Л/" = 1. Деформация не меняет классических решений для неабелевой струны. Струны остаются классически BPS-насыщенными. Однако на квантовом уровне струны "чувствуют" присутствие деформации. Эффекты, возникающие от нарушения суперсимметрии, проявляются сначала в секторе фермионных нулевых мод струны.

Число фермионных нулевых мод струны (а следовательно и число фермионных полей в эффективной теории на струне) остается прежним. Оно фиксируется теоремой об индексе. Однако суперсимметрия эффективной теории на струне меняется. Я = (2,2) суперсимметрия двумерной CP(N - 1) модели, возникающая на струне в недеформиро-ванной четырехмерной теории, нарушается деформацией р до Я = (0,2).. Возникающая на струне теория получила название гетеро-тической CP(N - 1) модели.

Далее рассматривается физика этой гетеротической CP(iV — 1) модели, которую, как оказалось, можно решить в приближении больших N. Как следует из этого решения, Я — (0,2) суперсимметрия модели спонтанно нарушена квантовыми эффектами. Теория на мировой поверхности струны имеет по-прежнему N вырожденных вакуумов, но энергия каждого из этих вакуумов в деформационной теории отлична от нуля. В четырехмерной теории это отвечает тому, что все элементарные неа-белевы струны имеют одинаковые натяжения, но теперь эти натяжения приобретают квантовые добавки в дополнение к классическим членам. Они имеют вид

т = + (10)

где £ - параметр Фое-Илиопулоса, определяющий классическое натяжение струн, Аа- - масштаб CP(N-Í) модели, а и - параметр деформации. Он равен нулю в недеформированной теории и логарифмически стремится к бесконечности при /х —> оо.

Если масса присоединенного поля /л остается конечной, то неабеле-вы струны хорошо определены, и их соединительные узлы определяют нам понятие неабелевых невылетающих монополей. Однако в пределе р. -» оо (т. е. в интересующем нас пределе Я = 1 КХД), по мере того как присоединенные поля становятся очень тяжелыми, возникает инфракрасная проблема. Она связана с тем, что вакуум в Я = 1 КХД не является изолированной точкой, в этой теории развивается хигг-

совская ветвь. Присутствие безмассовых полей, флуктуирующих вдоль этой хиггсовской ветви, препятствует изучению неабелевых струн в указанном пределе. Струны становятся бесконечно "толстыми", и их описание в терминах эффективной двумерной СР(ЛГ — 1) модели становится неприменимым.

В' седьмой главе предлагается сравнительно незначительная модификация исходной N = 2 четырехмерной модели, которая позволяет избавиться от инфракрасной проблемы. Модификация состоит во введении в теорию дополнительного мезонного поля М, нейтрального по калибровочной группе и взаимодействующего с кварками Юкавским суперпотенциалом. Как и массовый член присоединенных полей ц, это новое взаимодействие нарушает М = 2 супер симметрию до N = 1. При этом предел ц —> оо, в котором присоединенные поля отщепляются, становится хорошо определенным. Хиггсовской ветви в модифицированной теории не возникает. Неабелевы струны и их соединительные узлы становятся хорошо определенными объектами. Соединительные узлы струн представляют собой невылетающие неабелевы монополи, или, точнее, то, во что переходят монополи в теории, где уже нет присоединенных полей. Прослежена эволюция монополей от абелева монополя 'т Хоофта-Полякова (который существует благодаря наличию присоединенных скаляров) до невылетающего неабелевого монополя в теории, в которой нет присоединенных полей.

В восьмой главе делается еще один шаг по линии уменьшения суперсимметрии - рассматриваются неабелевы струны в несуперсиммет-ричных теориях. К сожалению, несуперсимметричная теория, рассмотренная в восьмой главе, весьма далека от реальной КХД. Она представляет собой бозонную часть Л/* = 2 суперсимметричной КХД, изученной в шестой главе. Однако при изучении неабелевых струн в этой модельной теории обнаружилось, что динамика ориентационных мод неабеле-вой струны в несуперсимметричной теории радикально отличается от динамики этих мод неабелевой ВРЭ-струны в суперсимметричной теории.

В частности, оказалось, что переход из абелевого режима (возникающего при больших разностях масс кварков) в неабелевый (отвечающих одинаковым массам кварков) происходит не гладко, как для ВРБ-струны, а путем фазового перехода.

Кроме того, оказалось, что невылетающие монополи в неабелевом

режиме не могут свободно двигаться по неабелевой струне, в отличие от ВРБ-случая. В несуперсимметричной теории эти монополи (кинки СР(N — 1) модели) находятся в фазе двумерного конфайнмента (в дополнение к четырехмерному конфайнменту, который удерживает монополь на струне). Двумерный конфайнмент приводит к тому, что монополь и антимонополь подходят близко друг к другу и образуют связанное состояние на струне - монополь-антимонопольный мезон.

Двумерный конфайнмент монополей на струне возникает из-за того, что N элементарных неабелевых струн, имеющих классически одинаковые натяжения, расщепляются при отсутствии суперсимметрии за счет квантовых эффектов. Их натяжения принимают вид

где к = 0,1,..., (N — 1), a ci и сг - численные коэффициенты.

Монополь представляет собой соединительный узел между, скажем, легчайшей и первой возбужденной струнами. Таким образом, между монополем и антимонополем натягивается возбужденная струна. Так как она стремится сократить свою длину, то возникает линейный конфайнмент монополей на струне.

Далее в восьмой главе кратко рассматриваются неабелевы не BPS-струны в суперсимметричных теориях. Качественно они обладают теми же отличительными свойствами, что и неабелевы струны в несуперсим-метричных теориях.

Девятая глава диссертации посвящена построению теоретико-полевой модели £>-браны. Идейная связь этой главы с содержанием предыдущих глав в том, что в ней изложены результаты дальнейших исследований BPS-прогяженных объектов в суперсимметричных калибровочных теориях поля - струн, доменных стенок и их возможных "соединительных узлов".

Открытие Р-бран является одним из основных достижений в теории струн. D-брана в теории струны - это протяженный объект, на котором может окончиться открытая струна. Калибровочные поля являются низшими возбуждениями открытой струны, которая концами присоединяется к одной или двум разным £>-бранам. Поэтому калибровочные теории поля описывают низкоэнергетический предел теории

(И)

струны на мировой поверхности D-бран. В частности, SU(N) калибровочная теория поля возникает на мировой поверхности N параллельных D-бран.

Протяженные объекты типа АНО-струн и доменных стенок известны в теории поля давно. В частности, известны BPS-насьнценные доменные стенки в Л/" = 1 глюодинамике. Специфическая зависимость их натяжения от N свидетельствовала в пользу того, что они могут быть интерпретированы как D-браны. Однако теоретико-полевой модели D-браны, в которой физика находилась бы под контролем, предложено не было. Построению такой модели и посвящена девятая глава диссертации.

Сначала в девятой главе рассматривается локализация £7(1) поля на доменной стенке. Для этого рассматривается N = 2 КХД с калибровочной группой SU(2) и двумя ароматами кварков с близкими значениями масс т 1 и ГП2- При больших значениях mi и тг два кварковых вакуума, в которых конденсируется один или второй аромат кварков соответственно, находятся в слабой связи. В обоих кварковых вакуумах SU{2) калибровочная группа нарушена до £7(1) конденсацией присоединенных скаляров. Конденсация кварков происходит на значительно меньшем масштабе при введении малой массы присоединенной материи. Она играет роль члена Фое-Илиопулоса в низкоэнергетической КЭД. Конденсация кварков нарушает калибровочную группу окончательно. В обоих кварковых вакуумах происходит конфайнмент монополей путем образования абелевых АНО-струн.

Рассматривается BPS доменная стенка, разделяющая эти два кварковых вакуума. Для нее находятся решения уравнений первого порядка. Оказывается, что доменная стенка внутри "пустая" - конденсаты обоих ароматов кварков близки к нулю внутри стенки. Иными словами, {7(1) подгруппа восстанавливается внутри стенки. Это и является физической причиной локализации £7(1) калибровочного поля на стенке. Показано, что такая локализация действительно имеет место и явно построена (2 + 1)-мерная эффективная £7(1) калибровочная теория на доменной стенке.

Далее в девятой главе рассматривается более сложная версия N = 2 КХД с калибровочной группой SU{3) и четырьмя ароматами кварков. Эта модель уже рассматривалась в шестой главе в связи с проблемой формирования неабелевых АНО-струн и неабелевого кон-

файнмента.

При близких значениях масс кварков в г = 2 вакуумах этой модели калибровочная группа SU(3) нарушается до SU(2) х 1/(1) конденсацией присоединенных скаляров. Значение масс кварков выбирается большими, так что низкоэнергетическая теория оказывается в слабой связи и полностью контролируема.

Оказывается, что в теории имеется два типа элементарных BPS доменных стенок, интерполирующих между различными г = 2 вакуумами. Эти элементарные доменные стенки локализуют (7(1) калибровочное поле.

Десятая глава диссертации посвящена исследованию соединительных узлов доменных стенок и трубок потока. Для согласования картины локализации калибровочного поля на поверхности доменной стенки с результатами теории струны анализируется возможность АНО-струны окончиться на стенке. Как уже отмечалось, монополи находятся в фазе конфайнмента в обоих кварковых вакуумах. Поэтому если поместить монополь в один из вакуумов, то от него протянется магнитная трубка потока (АНО-струна). Так как U(l) поле может свободно распространяться внутри доменной стенки, то такая АНО-струна может окончиться на этой стенке. Это явно демонстрируется в десятой главе.

В частности, выводятся уравнения для 1/4 BPS "соединительного узла" между стенкой и АНО-струной, и находятся их решения. При этом оказалось, что конец струны играет роль электрического заряда в эффективной теории на мировой поверхности стенки. Последнее обстоятельство проясняет физическую интерпретацию соединительных узлов стенок и струн в эффективной теории на стенке. Концы струн на стенке представляют собой заряженную материю в эффективной калибровочной теории на стенке.

Далее в десятой главе описывается квантовая версия этой теории. Оказалось, что квантование заряженной материи в теории на стенке (соединительных узлов АНО-струн со стенкой) приводит к генерированию члена Черна-Саймонса в трехмерной теории в мировом объеме стенки. Это, в свою очередь, ведет к утяжелению фотона и генерированию дальнодействующего потенциала между двумя далеко разведенными доменными стенками.

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Построена теория неабелевых струн (трубок потока) в Л/* = 2 суперсимметричной КХД с калибровочной группой í/(iV) и N¡ = N ароматами кварков. Эти струны отвечают за неабелев конфайнмент. Показано, что динамика ориентационных нулевых мод неабелевой струны определяется (1 + 1)-мерной А/" — 2 суперсимметричной CP(N — 1) сигма-моделью на мировой поверхности струны.

2. Монополь 'т Хоофта-Полякова, хорошо изученный в кулоновской фазе U(N) калибровочной теории, описан в другой фазе, а именно в фазе конфайнмента. В этой фазе он является узлом, соединяющим две элементарные неабелевы струны разных типов. Показано, что он отвечает кинку в (1 + 1)-мерной эффективной низкоэнергетической CP(N - 1) сигма-модели на мировой поверхности неабелевой струны.

3. Объяснена связь между точным решением Зайберга-Виттена

(3 + 1)-мерной AÍ = 2 суперсимметричной КХД с калибровочной группой U(N) и решением (1+1)-мерной N = (2,2) суперсимметричной массивной CP(N — 1) сигма-модели, замеченная ранее Дори.

4. Показано, что эффективной теорией на поверхности неабелевой струны в N = 2 суперсимметричной КХД с калибровочной группой U(N), деформированной массой присоединенной материи, является ÁÍ = (0,2) суперсимметричная CP{N — 1) модель. Эта модель решена в пределе больших N.

5. Прослежена эволюция монополей от абелева монополя 'т Хоофта-Полякова до невылетающего неабелева монополя в теории, в которой нет присоединенных полей. Показано, что невылетающий монополь не исчезает даже в пределе, в котором присоединенные скаляры отщепляются от низкоэнергетической теории.

6. Показано, что эффективной теорией на неабелевой струне в несу-персимметричной скалярно-калибровочной теории с группой U(N) является несуперсимметричная CP(N — 1) модель. Эта модель решена в пределе больших N, и показано, что хиггсовская фаза при больших массах отделена от кулоновской фазы при малых массах фазовым переходом. В четырехмерной теории этот фазовый переход является переходом между фазами абелевого и неабелевого

конфайнмента. При этом невылетающие монополи в фазе неабе-левого конфайнмента не могут свободно двигаться по неабелевой струне в несуперсимметричной теории. Они объединяются с анти-монополями в связанные мезонподобные состояния, нанизанные на струны.

7. Предложена теоретико-полевая модель D-браны. Показано, что в N — 2 суперсимметричной КЭД локализация U(l) калибровочного поля на доменной стенке происходит в слабой связи и полностью контролируется. Выведены и решены уравнения первого порядка для 1/4 BPS "соединительного узла" между доменной стенкой и абрикосовской трубкой потока (AHO-струной) в

Л/* = 2 суперсимметричной КЭД. Показано, что такой "соединительный узел" играет роль электрического заряда в эффективной U( 1) калибровочной теории на стенке. Представлена квантовая версия эффективной U( 1) калибровочной теории на доменной стенке с заряженной материей - "соединительными узлами" стенки со струнами. Показано, что наличие этой заряженной материи генерирует член Черна-Саймонса, а также дальнодействуюгций потенциал между разными стенками.

8. Показано, что в монопольной точке в Аг = 2 суперсимметричной КХД с калибровочной группой SU (2) в лидирующем порядке по массе присоединенной материи ц абрикосовская струна является BPS-насыщенной. Однако при учете следующей поправки по /i возникает сверхпроводимость I рода. При этом образуется "башня" стабильных мезонов, отвечающих струнным состояниям с высшими "намотками".

9. Найдены струны на хиггсовской ветви в N = 2 суперсимметричной КХД с калибровочной группой SU(2) и двумя ароматами кварков. Вычислены натяжения таких струн, и показано, что их формирование дает потенциал конфайнмента, который ведет себя как Lj logb, где L - расстояние между тяжелыми пробными источниками.

10. Предложен долинный метод в квантовой теории поля. А именно выведено уравнение на долинную траекторию и разработан метод интегрирования около долинной траектории в функциональном интеграле. Долинный метод применен для вычисления инстантон-антиинстантонных взаимодействий в ЛГ = 1 суперсимметричной

КХД. Показано, что учет этих взаимодействий воспроизводит эффективный суперпотенциал Афлека-Дайна-Зайберга.

11. Предложен метод эффективной инстантонной вершины. Эффективная инстантонная вершина вычислена в b! = 2 суперсимметричной калибровочной теории с группой SU(2) без материи. С ее помощью найден одноинстантонный препотенциал; и показано его согласие с решением Зайберга-Виттена. Кроме того, в этой же теории вычислен весь ряд поправок к препотенциалу по высшим производным, генерируемый одним инстантоном.

Эти результаты опубликованы в следующих работах:

1. 1.1. Balitsky and А. V. Yung, "Collective-coordinate method for quasi-zero modes", Phys. Lett. В 168 (1986) p. 113-119.

2. 1.1. Balitsky and A. V. Yung, "Instanton molecular vacuum in

N — 1 supersymmetric quantum mechanics", Nucl. Phys. В 274 (1986) p. 475-508.

3. А. В. Юнг, "Экранирование однородного хромомагнитного поля в SU(2) глюодинамике", Ядерная физика. 41 (1985) с. 1324-1330.

4. A.V. Yung, "Instanton vacuum in supersymmetric QCD", Nucl. Phys. В 297 (1988) p. 47-85.

5. A.V. Yung, "Large distance behavior of supersymmetric QCD and instanton vacuum", Nucl. Phys. В 344 (1990) p. 73-114.

6. V. V. Khoze and A. V. Yung, "Instanton vacuum in thermal QCD", Z. Phys. С 50 (1991) p. 155-164.

7. A. V. Yung, "Instanton dymnamics in the broken phase of the topological sigma model", Int. J. Mod. Phys. A 11 (1996) p. 951-974, [hep-th/9502149].

8. A. V. Yung, 'Instanton induced effective Lagrangian in the SeibergWitten model", Nucl. Phys. В 485 (1997) p. 38-62, [hep-th/9605096].

9. A. V. Yung, "Higher derivative terms in the effective action of N = 2 SUSY QCD from instantons", Nucl. Phys. В 512 (1998) p. 79-102, [hep-th/9705181].

10. A. I. Vainshtein and A. Yung, 'Type I superconductivity upon monopole condensation in Seiberg-Witten theory", Nucl. Phys. B 614 (2001) p. 3-25, [hep-th/0012250j.

11. A. Yung," What Do We Learn About Confinement From The SeibergWitten Theory?", Proc. of 28th PNPI Winter School of Physics, St. Petersburg, Russia, 2000, [hep-th/0005088]; "Flux tubes and confinement in the Seiberg-Witten theory: Lessons for QCD", published in At the frontier of particle physics, Ed. M. Shifman, (World Scientific, Singapore, 2001), vol. 3, p. 1827-1857.

12. A. Gorsky, A. I. Vainshtein and A. Yung, "Deconfinement at the Argyres-Douglas point in SU (2) gauge theory with broken M = 2 super-symmetry", Nucl. Phys. B 584 (2000) p. 197-215, [hep-th/0004087],

13. M. Shifman and A. Yung, "Metastable strings in Abelian Higgs models embedded in non-Abelian theories: Calculating the decay rate", Phys. Rev. D 66 (2002) p. 045012 (12 p.), [hep-th/0205025],

14. A. Yung, 'Vortices on the Higgs branch of the Seiberg-Witten theory", Nucl. Phys. B 562 (1999) p. 191-209, [hep-th/9906243].

15. K. Evlampiev and A. Yung, "Flux tubes on Higgs branches in SUSY gauge theories", Nucl. Phys. B 662 (2003) p. 120-146, [hep-th/0303047],

16. R. Auzzi, S. Bolognesi, J. Evslin, K. Konishi and A. Yung, "Non-Abelian superconductors: Vortices and confinement in Af = 2 SQCD", Nucl. Phys. B 673 (2003) p. 187-216, [hep-th/0307287].

17. M. Shifman and A. Yung, "Non-Abelian string junctions as confined monopoles", Phys. Rev. D 70 (2004) p. 045004 (28 p.), (hep-th/0403149l.

18. M. Shifman and A. Yung, "Supersymmetric Solitons and how they help us understand non-Abelian gauge theories", Rev. Mod. Phys. 79 (2007) p. 1139-1196, [arXiv:hep-th/0703267],

19. A. Marshakov and A. Yung, "Non-Abelian confinement via Abelian flux tubes in softly broken Af = 2 SUSY QCD", Nucl. Phys. B 647 (2002) p. 3-48, [hep-th/0202172].

20. M. Shifman and A. Yung, "Heterotic flux tubes in Af = 2 SQCD with Af - 1 preserving deformations", Phys. Rev. D 77 (2008) p. 125016 (25 p.), [arXiv:0803.0158].

21. M. Shifman and A. Yung, "Non-Abelian flux tubes in SQCD: Supersizing worldsheet supersymmetry", Phys. Rev. D 72 (2005) p. 085017 (19 p.), [hep-th/0501211].

22. M. Shifman and A. Yung, "Large-iV solution of heterotic N = (0,2) two-dimensional CP(N-l).modeI", Phys. Rev. D 77 (2008) p. 125017 (12 p.), [arXiv:0803.0698].

23. A. Gorsky, M. Shifman and A. Yung, "Af = 1 Supersymmetric Quantum Chromodynamics: How Confined non-Abelian Monopoles Emerge from Quark Condensation", Phys. Rev. D 75 (2007) p. 065032 (16 p.), [hep-th/0701040].

24. P. A. Bolokhov, M. Shifman and A. Yung, "Description of the Heterotic String Solutions in U(N) SQCD", Phys. Rev. D 79 (2009) p. 085015 (18 p.) (Erratum: Phys. Rev. D 80 (2009) p. 049902 ), [arXiv:0901.4603 [hep-th]].

25. P. A. Bolokhov, M. Shifman and A. Yung, "Description of the Heterotic String Solutions in the M-Model", Phys. Rev. D 79 (2009) p. 106001 (11 p.) (Erratum: Phys. Rev. D 80 (2009) p. 049903 ), [arXiv:0903.1089 [hep-th]].

26. A. Gorsky, M. Shifman and A. Yung, "Non-Abelian Meissner effect in Yang-Mills theories at weak coupling", Phys. Rev. D 71 (2005)

p. 045010 (16 p.), [hep-th/0412082].

27. A. Gorsky, M. Shifman and A. Yung, "The Higgs and Coulomb/Confining Phases in "Twisted-Mass" Deformed CP(N - 1) Model", Phys. Rev. D 73 (2006) p. 065011 (9 p.), [hep-th/0512153].

28. V. Markov, A. Marshakov and A. Yung, "Non-Abelian vortices in N = 1* gauge theory", Nucl. Phys. B 709 (2005) p. 267-295, [hep-th/0408235].

29. M. Shifman and A. Yung, "Domain walls and flux tubes in M = 2 SQCD: D-brane prototypes", Phys. Rev. D 67 (2003) p. 125007 (20 p.), [hep-th/0212293].

30. M. Shifman and A. Yung, "Localization of non-Abelian gauge fields on domain walls at weak coupling (D-brane prototypes II)", Phys. Rev. D 70 (2004) p. 025013 (28 p.), [hep-th/0312257].

31. M. Shifman and A. Yung, "Bulk-brane duality in field theory", Phys. Rev. D 74 (2006) p. 045006 (15 p.), [hep-th/0603236],

32. R. Auzzi, M. Shifman and A. Yung, "Studying boojums in

N = 2 theory with walls and vortices", Phys. Rev. D 72 (2005) p. 025002 (10 p.), [hep-th/0504148].

33. M. Shifman and A. Yung, "Supersymmetric Solitons", Cambridge University Press, Cambridge, 2009, 259 p.

34. M. Shifman, A. Yung, "Non-Abelian Semilocal Strings inAT = 2 Super-symmetric QCD", Phys. Rev. D 73 (2006) p. 125012 (16 p.), [hep-th/0603134].

35. R. Auzzi, M. Shifman and A. Yung, "Domain lines as fractional strings", Phys. Rev. D 74 (2006) p. 045007 (13 p.), [hep-th/0606060].

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН

188300, Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща Зак. 192, тир. 100, уч.-изд. л. 1,7; 04.08.2011 г.'

Введение.

1. Долинный метод.

2. Инстантонный вакуум в Af = 1 КХД.

3. Инстантоны в J\f = 2 КХД.

4. Конфайнмент в монопольной точке в Af = 2 суперсимметричной калибровочной теории.

5: Конфайнмент на хиггсовских ветвях.

6. Неабелевы струны.

7. Теории с меньшей суперсимметрией.

8. Не BPS неабелевы струны.

9. Доменные стенки как прототипы D-бран.

10. Струны и доменные стенки.

Проблема невылетания цвета (конфайнмента) остается одной из основных нерешенных фундаментальных проблем теоретической физики высоких энергий. К сожалению, квантовая хромодинамика (КХД) находится в режиме сильной связи, и поэтому аналитические методы исследования неабелевой динамики в этой теории натыкаются в течение многих лет на непреодолимые трудности.

В связи с этим представляется естественным расширить круг изучаемых теорий и провести детальное исследование различных физических режимов, в которых могут находиться другие неабелевы калибровочные теории, уделяя особое внимание фазе конфайнмента. Дело в том, что конфайнмент, наряду с кулоновской и хиггсовской фазами, является одним из режимов, характерных для четырехмерных калибровочных теорий. Исследование конфайнмента в широком круге неабелевых калибровочных теорий позволило бы пролить свет на физику данного явления и его общие черты, характерные для различных теорий. Это дало бы качественную картину конфайнмента в КХД и, возможно, позволило бы развить приближенные количественные методы исследования конфайнмента, применимые в КХД.

Одним из наиболее перспективных направлений такого подхода является исследование непертурбативной динамики в суперсимметричных калибровочных теориях. Суперсимметрия [1-5], симметрия между бозонами и фермиона-ми, была открыта в 70-ых годах, и к настоящему времени суперсимметричные теории поля и струн доминируют в теоретической физике высоких энергий. Из-за фермион-бозонных сокращений суперсимметрия позволяет устранить или уменьшить степень ультрафиолетовых расходимостей в теории поля [4, 6].Таким образом, она является ключевым ингридиентом для формулировки непротиворечивой теории поля. Даже если ультрафиолетовые расходимости присутствуют в данной теории, мы это интерпретируем так, что расширенная суперсимметрия была нарушена на некотором высоком энергетическом масштабе, и ниже этого масштаба теория несуперсимметрична или имеет меньшую степень суперсимметрии. При таком подходе масштаб нарушения суперсимметрии играет роль физического ультрафиолетового обрезания теории.

К сожалению, в природе суперсимметрия, по-видимому, нарушена столь сильно, что нет экспериментальных свидетельств ее наличия. Тем не менее, с теоретической точки зрения, идея суперсимметрии оказалась чрезвычайно плодотворной.

Теоремы о неперенормируемости, голоморфность и аналитичность позволили получить массу важной информации, а в некоторых случаях и практически полностью определили динамику четырехмерных суперсимметричных неабеле-вых теорий. В частности, во многих случаях удалось продвинуться в область сильной связи, что немыслимо в несуперсимметричных теориях, типа КХД. Особенно интересными представляются результаты по исследованию конфайн-мента в суперсимметричных неабелевых теориях. Именно таким аспектам использования суперсимметрии для изучения неабелевой непертурбативной динамики посвящена данная диссертация.

В 80-ых годах началось исследование непертурбативных эффектов вЛ/" = 1 супер-симметричных теориях. С использованием голоморфности инстантон-ных решений, была получена точная /3-функция в суперсимметричной теории Янга-Милса [7]. Далее были получены точные формулы для киральных конденсатов [8-15] в зависимости от массы кварков в Л/" = 1 суперсимметричной КХД. Наконец, Афлеком, Дайном и Зайбергом был получен точный низкоэнергетический эффективный суперпотенциал, генерируемый одним инстантоном [16] в суперсимметричной КХД с Nf = N — 1 (Лг - число цветов, а ./V/ - число фундаментальных ароматов материи) [17]. Этот суперпотенциал описывал все киральные вакуумные конденсаты теории в хиггсовской фазе (в качестве обзоров см. [18, 19]).

Все эти достижения оказались возможными благодаря теореме о неперенормируемости суперпотенциала [20] и киральной природе инстантона. Дело в том, что вакуум теории определяется ее суперпотенциалом и не зависит от £)-членов. Поэтому фиксация эффективного суперпотенциала, по существу, означала фиксацию вакуумных конденсатов.

Первые две главы диссертации основаны на работах, сделанных во второй половине 80-ых годов. В них исследуются инстантонные эффекты в Л/" = 1 суперсимметрич-ных теориях. Так как инстантон [16] играет определяющую роль в генерировании вакуумных конденсатов в Л/" = 1 КХД, то встал вопрос о систематическом исследовании инстантонных эффектов в суперсимметричных теориях, и, в частности, эффектов взаимодействия инстантонов.

Первая глава диссертации посвящена именно этой проблеме. В ней предложен так называемый долинный метод вычисления ипстантон - антиинстан-тонных взаимодействий. Дело в том, что инстантон - антиинстантонная конфигурация не является решением уравнений движения и требуется определенная модификация стандартного метода перевала для правильного учета этой конфигурации в функциональном интеграле. В первой главе диссертации разработан долинный метод интегрирования по траекториям наискорейшего спуска в функциональном интеграле. В качестве иллюстрации он применен для исследования инстантон - антиинстантонных взаимодействий в простейших суперсимметричных и несуперсимметричных квантово - механических системах. Первая глава диссертации основана на совместных работах с Я.Я. Балицким [21, 22], а также на работе [23].

Во второй главе диссертации долинный метод применяется для анализа эффектов инстантон - антиинстантонных взаимодействий в Л/" = 1 суперсимметрич— ной КХД. Дело в том, что суперпотенциал Афлека - Дайна - Зайберга [17] является одноинстантонным эффектом. Однако, соответствующий скалярный потенциал вдоль плоского направления возникнет только на инстантон - ан-тиинстантонном уровне. Во второй главе диссертации этот потенциал получен непосредственно как эффект инстантон - антиинстантонного взаимодействия. При введении малой массы кварков "убегающий на бесконечность" вакуум стабилизируется и полученные вакуумные конденсаты совпадают с вычисленными в [13].

Далее во второй главе диссертации исследуется кулоновский газ инстантонов и антиинстантонов. Кулоновское дальнодействие в инстантонной среде связано с наличием скалярных кварков. С использованием метода Полякова [25] инстантонный кулоновский газ сводится к эффективной теории синус - Гордона. Интегрирование по размерам инстантона в суперпотенциале теории синус-Гордона дает суперпотенциал Афлека - Дайна - Зайберга, который в работе [17] выводился косвенным путем с учетом симметрий теории.

Кроме того, во второй главе диссертации анализируется вопрос о том, насколько хорошо определены инстантон - антиинстантонные эффекты в четырехмерных калибровочных теориях. Для этого, в качестве примера, с помощью долинного метода вычисляется вклад в энергию вакуума в высокотемпературной КХД. Показано, что, в отличие от супер симметричных теорий, где этот вклад хорошо определен, в высокотемпературной КХД, он смешивается с высокими порядками теории возмущений и плохо определен. Вторая глава диссертации основана на работах [26, 27], а также на совместной работе автора с В.В. Хозе [28].

Хотя киральные конденсаты в N = 1 КХД, описываемые точными формулами, можно было продолжить в режим сильной связи, они давали лишь косвенную информацию о динамике теории. В частности, механизм конфайн-мента оставался непонятым. Динамика теории в значительной мере определяется £>-членами и для ее описания недостаточно фиксации суперпотенциала. Нужна была более сильная суперсимметрия, которая могла бы гарантировать также неперенормируемость и кинетических членов.

Дальнейший прогресс был инициирован в 1994г. работами Зайберга и Вит-тена по исследованию Л/* = 2 суперсимметричных калибровочных теорий [29, 30]. Это был значительный шаг вперед в нашем понимании непертурбативной динамики калибровочных теорий поля. Впервые было предложено точное решение нетривиальной калибровочной теории в четырех измерениях.

Решение Зайберга - Виттена было основано на ряде гипотез. В частности, например, в простейшем варианте N = 2 теории с калибровочной группой БII(2) без материи предполагалось, что на кулоновской ветви имеются две сингулярные точки, в которых монополь и дион соответственно становятся безмассовыми. В связи с этим встал вопрос о проверке этих гипотез и основанном на нем решении Зайберга - Виттена.

Такая проверка, в частности, осуществлялась с помощью инстантонных вычислений в исходной неабелевой теории. Дело в том, что точное решение Зайберга - Виттена для эффективного низкоэнергетического препотенциала теории представляют собой ряд по инстантонным вкладам. Каждый член этого ряда отвечает инстантону с данным топологическим зарядом. Проверка состояла в том, что вычислялись несколько инстантонных вкладов, отвечающих низшим топологическим зарядам и результаты сравнивались с разложением решения Зайберга - Виттена.

Третья глава диссертации основана на работах, связанных с проверкой точного решения Зайберга - Виттена. В ней предложен метод инстантонного эффективного лагранжиана, в рамках которого эффекты, индуцированные ин-стантоном на больших расстояниях, описываются с помощью эффективной точечной вершины в низкоэнергетическом лагранжиане. Этот метод использован для анализа Л/" = 2 калибровочной теории с группой 31/(2). С его помощью удается не только воспроизвести одноинстантонный препотенциал Зайберга -Виттена, но и вычислить весь бесконечный ряд поправок к нему по степеням высших производных. Иными словами, оказалось, что решение Зайберга - Виттена не является "точным решением".

Далее метод инстантонного эффективного лагранжиана использован в теории с А7/ фундаментальными гипермультиплетами материи (кварками) - М — 2 КХД. Построена эффективная инстантонная вершина в этой теории и с ее помощью найдена лидирующая поправка по высшим производным в эффективной низкоэнергетической теории в трех областях модулярного пространства: на кулоновской ветви вдали от кварковых сингулярностей, на кулоновской ветви вблизи корня хиггсовской ветви, а также на хиггсовской ветви вдали от сингулярности в начале координат.

Третья глава диссертации основана на работах [32-34].

Отметим, что независимо от работ [33], вошедшей в третью главу диссертации, работы по ицстантонной проверке решения Зайберга - Виттена были проделаны также и другими группами авторов. Так, сравнение одноинстантон-ного препотенциала было поведено также в работе [35], а двухинстантонного -в работах [36]. Позднее мультиинсиантонные вклады были проанализированы в работах [37].

Одним из основных физических результатов теории Зайберга - Виттена является демонстрация конфайнмента электрических зарядов в результате конденсации монополей. Идея о конфайнменте как дуальном эффекте Мейснера была высказана Намбу, 'т Хоофтом, Мандельстамом и Поляковым еще в 1976 г. [25, 38-40]. Однако, в течении многих лет попытки ее реализации в КХД натыкались на непреодолимые трудности. Сильная связь, отсутствие монополей и вихревых трубок потока в КХД в квазиклассическом режиме сводили на нет эти попытки. При этом компьютерные расчеты на решетках указывают на то, что этот механизм вполне мог бы объяснить конфайнмент в КХД [41].

Прорыв произошел именно в супер симметричных теориях и был инициирован работами Зайберга и Виттена [29, 30]. Пользуясь электромагнитной дуальностью в J\f = 2 калибровочных теориях им удалось показать, что конденсация монополей действителтыю происходит вблизи монопольной точки на кулонов-ской ветви при введении малой массы ß присоединенной материи.

Напомним основную идею конфайнмента, как дуального эффекта Мейс-снера при конденсации монополей. Эффективная низкоэнергетическая теория вблизи монопольной точки представляет собой дуальную квантовою электродинамику (КЭД) в режиме слабой связи. Под дуальной КЭД понимается теория, в которой магнитные заряды (монополи) играют ту же роль, что электрические заряды в обычной КЭД.

При конденсации монополей в такой дуальной КЭД магнитное поле экранируется, а электрическое поле оказывается сосредоточено в абрикосовских трубках потока (AHO) [42, 43], соединяющих тяжелые пробные электрические заряды, внесенные в хиггсовский вакуум. Так как энергия AHO трубки растет линейно с ростом длины трубки, то это приводит к линейному потенциалу конфайнмента между электрическими зарядами [25, 38-40]. Такой линейный потенциал в теориях без динамической материи означает конфайнмент зарядов. Как продемонстрировали Зайберг и Виттен [29], именно эта модель конфайнмента и реализуется в Л/" = 2 калибровочной теории вблизи монопольной точки.

Несмотря на прогресс, произошедший в нашем понимании динамики суперсимметричных неабелевых теорий с выходом в свет работ Зайберга - Виттена [29, 30], до сих пор остается без ответа фундаментальный вопрос: может ли конфайнмент в модели Зайберга- Виттена служить прототипом конфайнмента в КХД. Исследованию различных аспектов конфайнмента в теориях Зайберга-Виттена с различными калибровочными группами, различным составом материи в различных режимах и сравнению их с тем, что мы ожидаем от конфайнмента в КХД, и посвящены остальные семь глав диссертации. В частности, изучается конфайнмент и формирование абрикосовских трубок потока как в чистой Л/" = 2 суперсимметричной калибровочной теории, так и в теориях с фундаментальными мультиплетами материи (кварками). При этом, в ряде случаев исследуются также эффекты нарушения Л/" = 2 суперсимметрии до

В четвертой главе диссертации изучается конфайнмент и формирование аб-рикососких струн вблизи монопольной точки в Л/" = 2 калибровочной теории без материи. Этот сценарий был предложен в работе Зайберга- Виттена [29]. Однако, довольно быстро стало ясно [44-46], что конфайнмент вблизи монопольной точки имеет абелев характер и поэтому, возможно, приводит к нежелательно большому числу адронных состояний по сравнению с тем, что мы ожидаем в КХД. Дело в том, что вакуумные средние присоединенных скаляров разрушают калибровочную группу Зи(А^) исходной теории до максимальной абелевой подгруппы В каждом из 11(1) факторов, вообще говоря, возникает целая бесконечная "башня" струнных состояний, отвечающих высшим намоткам. Это может привести к бесконечной "башне" экзотических многокварковых мезонов. С другой стороны, нет экспериментальных указаний на наличие такой бесконечной "башни" стабильных экзотических многокварковых мезонов в природе.

Изучению этой проблемы в основном и посвящена четвертая глава диссертации. Стабильность высших струнных состояний определяется родом сверхпроводимости. В четвертой главе изучается простейший вариант теории с калибровочной группой 5?7(2). Показано, что в пределе малой массы присоединенной материи /х сверхпроводимость оказывается на границе между I и II родом и струны являются БРЭ-насыщенными [47, 48]. При возрастании ¡1 возникает сверхпроводимость I рода, что приводит к возникновению "башни" стабильных экзотических мезонных состояний в спектре теории. Таким образом, конфайнмент вблизи монопольной точки оказывается не похож на тот, который мы ожидаем в КХД.

Далее в четвертой главе рассматривается N = 2 КХД с одним ароматом кварков и калибровочной группой 311(2), деформированная массовым членом присоединенной материи. В этой теории изучается зависимость киральных конденсатов от массы ß присоединенной материи. В пределе малых ц теория является Л/" = 2 КХД, тогда как в пределе ц —> оо присоединенная материя отщепляется и возникает J\f = 1 КХД. В этом последнем пределе киральные конденсаты определяются суперпотенциалом Афлека - Дайна - Зайберга [17]. Оказалось, что киральные конденсаты даются точными по ц формулами, которые позволяют их продолжить в предел малых где они определяются из кривой Зайберга-Виттена. Таким образом, удается найти связь между N = 1 суперпотенциалом Афлека - Дайна - Зайберга и N = 2 кривой Зайберга- Виттена. Отметим при этом, что потенциал Афлека - Дайна - Зайберга является одноинстантонным эффектом, в то время как кривая Зайберга- Виттена учитывает сумму инстан-тонов со всеми топологическими зарядами.

Далее в четвертой главе вычисляются монопольный и зарядовый конденсаты и показано, что оба эти конденсата обращаются в нуль в точке Аргиреса

- Дугласа [31]. Это интерпретируется как деконфайнмент в этой точке.

Кроме того, в четвертой главе рассматривается вопрос о вложении,абеле-вых AHO струн в неабелеву теорию. Эта проблема характерна для теории Зайберга - Виттена. Для простоты рассматривается несуперсимметричная модель, в которой калибровочная группа SU(2) нарушается до U( 1) конденсацией присоединенных скаляров с большим вакуумным средним. Далее, на гораздо более низком масштабе группа U(l) нарушается конденсатом фундаментальных или других присоединенных скаляров. На этом втором этапе образуется целая "башня" абелевых AHO струн. Далее изучается, что происходит с этими струнами при вложении в исходную неабелеву теорию. Оказывается, что большинство абелевых струн метастабильны. Если скаляры, которые развивают вакуумные средние на втором этапе, фундаментальные, то все струны являются метаста-бильными. Если же скаляры присоединенные, то струны с низшим намоточным числом (Z2 струны) стабильны, остальные - метастабильны. Вычисляется вероятность распада метастабильных струн. Она оказывается пропорциональна малой экспоненте от отношения квадрата массы монополя к натяжению струны. Этот результат интерпретируется как разрыв струны рождением монополь

- антимонопольных пар.

Четвертая глава диссертации основана на совместной работе автора с А. Вайнштейном [49], на работе [50], на совместной работе автора с А. Горским и А. Вайнштейном [51], а также на совместной работе автора с М. Шифманом [52].

Отметим, что утверждение о том, что Л/* = 2 суперсимметрия не нарушена в лидирующем порядке по /i, было впервые сделано в работе [45] в рамках струнно-бранного подхода.

Пятая глава диссертации посвящена исследованию другого сценария кон-файнмента - конфайнмента на хиггсовских ветвях. В отличие от конфайнмента вблизи монопольной точки, в этом сценарии не требуется деформировать теорию введением массы присоединенной материи. При слиянии двух или нескольких сингулярных точек одинакового типа на кулоновской ветви из общего корня вырастает хиггсовская ветвь. На ней происходит конденсация заряженных полей материи. Если конденсируются монополи, то происходит конфайнмент электрических зарядов, если кварки, то монополи оказываются в фазе конфайнмента.

В пятой главе диссертации рассматривается простейший сценарий такого типа - конфайнмент монополей на хиггсовской ветви, на которой происходит конденсация кварков. Хиггсовская ветвь представляет собой предельный случай сверхпроводника I рода с безмассовыми хиггсовскими скалярами. Априори вообще неясно, образуется ли AHO струны в таком режиме, см. [53]. Дело в том, что при наличии безмассовых частиц поперечный размер струны неограниченно растет, что могло бы приводить к утере растущего потенциала конфайнмента.

В пятой главе исследуются абрикосовские струны в таком режиме. Показано, что размер струны растет лишь логарифмически, при этом логарифм обрезается длиной струны. Это приводит к специфическому нелинейному потенциалу конфайнмента ~ L/logL, где L- расстояние между тяжелыми пробными источниками.

Далее в пятой главе рассматривается более сложная ситуация, когда геометрия на хиггсовской ветви искривлена, например, введением члена Фое -Илиопулоса [54]. Такое искривление возникает как в N = 1 КЭД, так и в N — 2 КХД при введении малой массы присоединенной материи. Найдены струнные решения в этих случаях и вычислены натяжения струн.

Пятая глава диссертации основана на работе [55], а также на совместной работе автора с К. Евлампьевым [56].

Как уже отмечалось ранее, характерной чертой теории Зайберга - Вит-тена является каскадное нарушение калибровочной инвариантности. Сначала неабелева калибровочная группа, скажем, SU(N), нарушается до абелевой подгруппы U(l)N~l 1 вакуумными средними присоединенных скаляров. Далее, на гораздо более низком масштабе, поля материи (кварки или монополи) развивают вакуумные средние, разрушая калибровочную группу окончатально (или до дискретной подгруппы). При этом образуется AHO струны. Таким образом AHO струны в Af = 2 КХД являются, вообще говоря, абелевыми, что приводит к абелеву характеру конфайнмента.

Например, как уже отмечалось выше и будет детально обсуждаться в четвертой главе диссертации, конфайнмент вблизи монопольной точки приводит к возникновению бесконечной "башни" многокварковых экзотических мезонов [46, 49]. Эти мезоны отвечают высшим намоткам AHO струны и являются стабильными из-за того, что вблизи монопольной точки развивается сверхпроводимость I рода [49].

Конечно, если мы увеличим массу присоединенной материи ц и достигнем значений fj, ~ Л (Л - масштаб теории), то "нежелательные струны" с намоточным числом п > 2, по-видимому, будут разорваны рождением И^-бозонов (имеющих массу порядка Л).

Однако, эту картину очень трудно превратить в конкретное количественное описание по двум причинам. Во-первых, при ц ~ Л теория попадает в режим сильной связи и мы теряем над ней контроль.

Во-вторых, возникает, пожалуй, еще более фундаментальная трудность. Дело в том, что роль хиггсовских базонов в дуальной КЭД вблизи монопольной точки играют монополи 'т Хоофта - Полякова. Когда fj. растет и становится порядка Л, обратная масса фотона становится порядка размера монополя. В таких условиях трудно говорить о монополе как о приближенно точечном объ

1 Это происходит в точке общего положения на кулоновской ветви. Случаи, когда схема нарушения другая, будут обсуждаться ниже. екте, являющемся источником магнитного поля. Описание в терминах дуальной КЭД становится неприменимым. Ясно, что при этом мы теряем контроль над тем, что происходит с AHO струнами и конфайнментом.

В шестой главе диссертации предлагается способ обойти указанные трудности и описать контролируемым образом формирование неабелевых струн и неабелев конфайнмент в N = 2 КХД. А именно: в этой главе обсуждаются AHO струны в N = 2 КХД в режиме, в котором исходная неабелева группа нарушается присоединенными скалярами до подгруппы, содержащей неабелев фактор. Рассматривается простейший вариант такого рода, когда исходная теория имеет калибровочную группу SU(N + l), которая нарушена присоединенными скалярами до SU(N) х U(1) Такой режим в ЛГ = 2 КХД возможен при достаточно большом числе кварковых ароматов в пределе, когда массы конденсирующихся кварков равны. Оказывается, что в этом пределе имеется дополнительная SU(N) подгруппа глобальной цветной и флейворной групп, которая ненаруше-на ни присоединенными, ни фундаментальными вакуумными средними. Наличие такой подгруппы приводит к возникновению ориентационных нулевых мод струны, вращающих ее поток внутри цветной SU(ТУ)-подгруппы. Это делает струну по-настоящему неабелевой. По-видимому, формирование таких неабелевых струн и приводит к неабелевому конфайнменту в теориях типа КХД.

Далее обсуждается эффективная двумерная теория для этих ориентационных нулевых мод на мировой поверхности неабелевой струны. Оказывается, что динамика ориентационных мод описывается (1 + 1)-мерной А/* = 2 суперсимметричной CP(N — 1) сигма моделью. В частности, вычисляются фермионные "суперориентационные"нулевые моды струны, определяющие фермионный сектор этой сигма модели.

Также обсуждается SU(N)-монополи, которые в фазе конфайнмента являются узлами, связывающими две элементарные неабелевы струны разных типов. Выводятся и решаются уравнения первого порядка для таких BPS монополей. С точки зрения эффективной CP(N — 1) сигма модели на мировой по-верхости струны такой монополь представляет собой доменную стенку (кинк), интерполирующую между двумя вакуумами CP(N — 1) сигма модели. Масса монополя - кинка определяется аномальными членами в центральном заряде суперсимметричной алгебры.

Интерпретация (3 + 1)-мерного монополя как (1 + 1)-мерного кинка дает связь между точным решением Зайберга - Виттена на кулоновской ветви и ч точным решением N = 2 суперсимметричной массивной СР{И — 1) сигма модели, найденным Дори [57]. Эта связь была отмечена Дори [57], но в течение длительного времени не находилось никаких объяснений этому обстоятельству.

Шестая глава диссертации основана на совместной работе автора с Р. Ауци, С. Болонези, Ж. Евслиным и К. Кониши [58], на совместной работе автора с М. Шифманом [59] и на совместной работе автора с А. Маршаковым [61].

Отметим, что ориентационные моды неабелевой струны независимо и практически одновременно с работой [58], вошедшей в шестую главу диссертации, были обнаружены в работе [62]. Кроме того, связь между решением Зайберга - Виттена и решением N = 2 СР{Ы — 1) сигма модели была одновременно с работой [59] установлена в работе [63].

Как мы уже отмечали, механизм конфайнмента, предложенный Зайбергом и Виттеном, основан на каскадном нарушении калибровочной инвариантности: неабелева калибровочная группа нарушается до абелевой подгруппы на высоком масштабе конденсацией присоединенных скаляров, а затем на гораздо более низком масштабе абелева подгруппа нарушается полностью или до дискретной подгруппы конденсацией кварков (или монополей, в зависимости от характера рассматриваемого вакуума). Это ведет к образованию абелевых АНО струн, которые, в свою очередь, приводят к абелеву конфайнменту.

С другой стороны, в несуперсимметричных теориях, типа КХД, а также в Л/" = 1 суперсимметричной КХД нет никаких присоединенных скаляров и, следовательно, не происходит каскадного нарушения калибровочной симметрии. Калибровочная группа остается неабелевой и на низких энергиях. В этих теориях очевидно реализуется неабелев конфайнмент. Поэтому возникает проблема понять механизм такого конфайнмента. Сценарий Зайберга-Виттена в них не работает.

Открытие неабелевых струн [58, 59, 62, 63] вселяет надежду на решение этой проблемы. Как подробно описывается в главе 6 в N = 2 КХД при специальном выборе параметров, Зи(Аг) подгруппа калибровочной группы и(АГ) остается ненарушенной при конденсации присоединенных скаляров. Это важное обстоятельство демонстрирует то, что образование неабелевых струн не связано с наличием присоединенных вакуумных средних. Это, в свою очередь, открывает возможность придать присоединенным полям массу и, сделав ее большой, отщепить эти поля от низкоэнергетической теории, не потеряв при этом основных черт неабелевых струн и конфайнмента.

Седьмая и восьмая главы диссертации посвящены реализации этой программы - движению к теориям с меньшей суперсимметрией. В начале седьмой главы рассматривается Л/" = 2 калибровочная теория с калибровочной группой и(Лг) и Лг/ = Лг ароматами кварков. Эта теория деформируется массовым членом ц присоединенной материи, который нарушает N = 2 суперсимметрию до N = 1 . Деформация не меняет классических решений для неабелевой струны. Струны остаются классически БРЭ-насыщенными. Однако на квантовом уровне струны 'чувствуют' присутствие деформации. Эффекты, возникающие от нарушения суперсимметрии, проявляются сначала в секторе фермионных нулевых мод струны.

При нарушении N = 2 суперсимметрии до N = 1 фермионный сектор в эффективной двумерной теории на струне меняется. Число фермионных нулевых мод струны ( а, следовательно, и число фермионных полей в эффективной теории на струне) остается прежним. Оно фиксируется теоремой об индексе. Однако суперсимметрия эффективной теории на струне меняется. N = (2, 2) суперсимметрия, двумерной СР(АГ — 1) модели, возникающая на струне в недеформированной четырехмерной теории, нарушается деформацией /х до N = (0, 2) [64, 65]. Возникающая на струне теория получила название гетеротической СР(Л^ — 1) модели.

Далее рассматривается физика этой гетеротической СР(ЛГ — 1) модели, которую, как оказалось, можно решить в приближении больших N. Как следует из этого решения, N = (0,2) суперсимметрия модели спонтанно нарушена квантовыми эффектами.

Если масса присоединенного поля ц остается конечной, то неабелевы струны хорошо определены, и их соединительные узлы определяют нам понятие неабелевых невылетающих монополей. Однако в пределе /х —> оо ( т. е. в интересующем нас пределе N = 1 КХД), по мере того как присоединенные поля становятся очень тяжелыми, возникает инфракрасная проблема. Она связана с тем, что вакуум в Л/" = 1 КХД не является изолированной точкой, в этой теории развивается хиггсовская ветвь. Присутствие безмассовых полей, флуктуирующих вдоль этой хиггсовской ветви, препятствует изучению неабелевых струн в указанном пределе. Струны становятся бесконечно "толстыми", и их описание в терминах эффективной двумерной СР(ЛГ — 1) модели становится неприменимым [66].

В седьмой главе предлагается сравнительно незначительная модификация исходной АГ = 2 четырехмерной модели, которая позволяет избавиться от инфракрасной проблемы. Модификация состоит во введении в теорию дополнительного мезонного поля М, нейтрального по калибровочной группе и взаимодействующего с кварками Юкавским суперпотенциалом. Как и массовый член присоединенных полей д, это новое взаимодействие нарушает N = 2 суперсим— метрию до N = 1 . При этом предел ¡л —> со, в котором присоединенные поля отщепляются, становится хорошо определенным. Хиггсовской ветви в модифицированной теории не возникает. Неабелевы струны и их соединительные узлы становятся хорошо определенными объектами. Соединительные узлы струн представляют собой невылетающие неабелевы монополи, или, точнее, то, во что переходят монополи в теории, где уже нет присоединенных полей. Прослежена эволюция монополей от абелева монополя 'т Хоофта-Полякова (который существует благодаря наличию присоединенных скаляров) до невылетающего неабелевого монополя в теории, в которой нет присоединенных полей.

Седьмая глава диссертации основана на совместных работах автора с М. Шифманом [65-67], а также на совместной работе автора с А. Горским и М. Шифманом [68] и работах автора с Р. Болоховым и М. Шифманом [69, 70].

В восьмой главе делается еще один шаг по линии уменьшения суперсимметрии - рассматриваются неабелевы струны в несуперсимметричных теориях. К сожалению, несуперсимметричная теория, рассмотренная в восьмой главе, весьма далека от реальной КХД. Она представляет собой бозонную часть N = 2 суперсимметричной КХД, изученной в шестой главе. Однако при изучении неабелевых струн в этой модельной теории обнаружилось, что динамика ориентационных мод неабелевой струны в несуперсимметричной теории радикально отличается от динамики этих мод неабелевой BPS струны в суперсимметричной теории.

В частности, оказалось, что переход из абелевого режима (возникающего при больших разностях масс кварков) в неабелевый (отвечающих одинаковым массам кварков) происходит не гладко, как для BPS струны, а путем фазового перехода.

Кроме того, оказалось, что невылетающие монополи в неабелевом режиме не могут свободно двигаться по неабелевой струне в отличие от BPS случая. В несуперсимметричной теории эти монополи (кинки CP(N — 1) модели) находятся в фазе двумерного конфайнмента (в дополнение к четырехмерному конфайнменту, который удерживает монополь на струне). Двумерный конфай-нмент приводит к тому, что монополь и антимонополь подходят близко друг к другу и образуют связанное состояние на струне - монополь-антимонопольный мезон.

Далее в восьмой главе кратко рассматриваются неабелевы не BPS струны в суперсимметричных теориях. Качественно они обладают теми же отличительными свойствами, что и неабелевы струны в несуперсимметричных теориях.

Содержание восьмой главы основано на совместных работах автора с А. Горским и М. Шифманом [71, 72], а также на совместной работе автора с В. Марковым и А. Маршаковым [73].

Содержание девятой и десятой глав диссертации стоит несколько в стороне от содержания предыдущих пяти глав. В них используются результаты предыдущих глав о характере конфайнмента и формирования AHO струн в Af = 2 суперсимметричной КХД для описания явления локализации калибровочных полей на поверхности доменных стенок в этой теории.

Открытие D-бран [74] является одним из основных достижений в теории струн. .D-брана в теории струны - это протяженный объект, на котором может окончиться открытая струна. Калибровочные поля являются низшими возбуждениями открытой струны, которая концами присоединяется к одной или двум разным -D-бранам. Поэтому калибровочные теории поля описывают низкоэнергетический предел теории струны на мировой поверхности D-бран. В частности, SU(N) калибровочная теория поля возникает на мировой поверхности N, параллельных £)-бран.

Протяженные объекты типа AHO струн и доменных стенок известны в теории поля давно. В частности, BPS-насыщенные доменные стенки в N = 1 глюодинамике обсуждались в работе [75]. Специфическая зависимость их натяжения от N свидетельствовала в пользу того, что они могут быть интерпретированы как D-браны [76]. Однако, теоретико-полевой модели £>-браны, в которой физика находилась бы под контролем, предложено не было. Отметим, что в работе [77] предложена теоретико-полевая модель £>-браны, основанная на некоммутативной геометрии.

Построению такой модели и посвящена девятая глава диссертации. Ее идейная связь с содержанием предыдущих глав в том, что в ней изложены результаты дальнейших исследований BPS протяженных объектов в суперсимметричных калибровочных теориях поля - струн, доменных стенок и их возможных "соединительных узлов".

Кроме того, механизм локализации калибровочных полей на доменной стенке тесно связан с механизмом конфайнмента в N = 2 КХД, рассмотренный в трех предыдущих главах. Сама идея локализации калибровочного поля на доменной стенке была высказана ранее в работах [75, 77, 78]. Она состоит в том, что надо рассмотреть модель, в которой калибровочное поле находилось бы в фазе конфайнмента в объеме, но в кулоновской фазе на стенке. В такой модели естественно ожидать локализацию калибровочного поля на стенке. Ясно, что для реализации такой идеи необходимо иметь теоретически контролируемую модель конфайнмента. Для этого в девятой главе рассматривается N = 2 КХД, в которой конфайнмент обеспечевается формированием AHO струн, как это описано в предыдущих главах диссертации.

Сначала в девятой главе рассматривается локализация U( 1) поля на доменной стенке. Для этого рассматривается N = 2 КХД с калибровочной группой SU(2) и двумя ароматами кварков с близкими значениями масс т\ и гп^. При больших значениях т\ и тц, два квартовых вакуума, в которых конденсируется один или второй аромат кварков соответственно, находятся в слабой связи. В обоих кварковых вакуумах SU(2) калибровочная группа нарушена до U(1) конденсацией присоединенных скаляров. Конденсация кварков происходит на значительно меньшем масштабе при введении малой массы присоединенной материи. Она играет роль члена Фое - Илиопулоса в низкоэнергетической КЭД. Конденсация кварков нарушает калибровочную группу окончательно. В обоих кварковых вакуумах происходит конфайнмент монополей путем образования абелевых AHO струн.

Рассматривается BPS доменная стенка, разделяющая эти два кварковых вакуума. Для нее находятся решения уравнений первого порядка. Оказывается, что доменная стенка внутри "пустая" - конденсаты обоих ароматов кварков близки к нулю внутри стенки. Иными словами £7(1) подгруппа восстанавливается внутри стенки. Это и является физической причиной локализации U( 1) калибровочного поля на стенке. Показано, что такая локализация действительно имеет место и явно построена (2+1)-мерная эфективная U(1) калибровочная теория на доменной стенке.

Далее в девятой главе рассматривается более сложная версия Л/" = 2 КХД с калибровочной группой SU(3) и четырьмя ароматами кварков. Это модель уже рассматривалась в главе 6 в связи с проблемой формирования неабелевых AHO струн и неабелевого конфайнмента.

При близких значениях масс кварков в г = 2 вакуумах этой модели калибровочная группа SU{3) нарушается до SU{2) х U{ 1) конденсацией присоединенных скаляров. Значение масс кварков выбирается большими, так что низкоэнергетическая теория оказывается в слабой связи и полностью контролируема.

Оказывается, что в теории имеется два типа элементарных BPS доменных стенок, интерполирующих между различными г — 2 вакуумами. Эти элементарные доменные стенки локализуют U (1) калибровочное поле.

Девятая глава диссертации основана на совместных работах автора с М. Шифманом [79, 80].

Десятая глава диссертации посвящена исследованию соединительных узлов доменных стенок и трубок потока. Для согласования картины локализации калибровочного поля на поверхности доменной стенки с результатами теории струны анализируется возможность AHO струны окончиться на стенке. Как уже отмечалось, монополи находятся в фазе конфайнмента в обоих кварковых вакуумах. Поэтому, если поместить монополь в один из вакуумов, то от него протянется магнитная трубка потока (AHO струна). Так как U( 1) поле может свободно распространяться внутри доменной стенки, то такая AHO струна может окончится на этой стенке. Это явно демонстрируется в десятой главе.

А именно, выводятся уравнения для 1/4 BPS "соединительного узла" между стенкой и AHO струной и находятся их решения. При этом оказалось, что конец струны играет роль электрического заряда в эффективной теории на мировой поверхности стенки. Последнее обстоятельство проясняет физическую интерпретацию соединительных узлов стенок и струн в эффективной теории на стенке. Концы струн на стенке представляют собой заряженную материю в эффективной калибровочной теории на стенке.

Далее в десятой главе описывается квантовая версия этой теории. Оказалось, что квантование заряженной материи в теории на стенке (соединительных узлов AHO струн со стенкой) приводит к генерированию члена Черна-Саймон-са в трехмерной теории в мировом объеме стенки. Это, в свою очередь, ведет к утяжелению фотона и генерированию дальнодействующего потенциала между двумя далеко разведенными доменными стенками.

Содержание десятой главы основано на совместных работах автора с М. Шифманом [79-81], а также на совместной работе автора с Р. Ауци и М. Шиф-маном [82].

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Построена теория неабелевых струн (трубок потока) в N = 2 суперсиммет— ричной КХД с калибровочной группой U (N) и Nj = N ароматами кварков. Эти струны отвечают за неабелев конфайнмент. Показано, что динамика ориентационных нулевых мод неабелевой струны определяется (1 + 1)-мерной ЛГ = 2 суперсимметричной С P(N — 1) сигма моделью на мировой поверхности струны.

2. Монополь 'т Хоофта - Полякова, хорошо изученный в кулоновской фазе U(iV) калибровочной теории, описан в другой фазе, а именно, в фазе конфайнмента. В этой фазе он является узлом, соединяющим две элементарные неабелевы струны разных типов. Показано, что он отвечает кинку в (1 + 1)-мерной эффективной низкоэнергетической СР(И — 1) сигма модели на мировой поверхности неабелевой струны.

3. Объяснена связь между точным решением Зайберга - Виттена (3+1)-мерной N = 2 суперсимметричной КХД с калибровочной группой и(/V) и решением (1 + 1)-мерной N — (2,2) суперсимметричной массивной СР(М — 1) сигма модели, замеченная ранее Дори.

4. Показано, что эффективной теорией на поверхности неабелевой струны в М = 2 суперсимметричной КХД с калибровочной группой [/(Ы), деформированной массой присоединенной материи, является N = (0,2) суперсим— метричная СР(Ы — 1) модель. Эта модель решена в пределе больших N.

5. Прослежена эволюция монополей от абелева монополя 'т Хоофта-Поля-кова до невылетающего неабелего монополя в теории, в которой нет присоединенных полей. Показано, что невылетающий монополь не исчезает даже в пределе, в котором присоединенные скаляры отщепляются от низкоэнергетической теории.

6. Показано, что эффективной теорией на неабелевой струне в несуперсим-метричной скалярно-калибровочной теории с группой и (ТУ) является несу-персимметричная СР(./V — 1) модель. Эта модель решена в пределе больших N, и показано, что хиггсовская фаза при больших массах отделена от кулоновской фазы при малых массах фазовым переходом. В четырехмерной теории этот фазовый переход является переходом между фазами абелёвого и неабелевого конфайнмента. При этом невылетающие монополи в фазе неабелевого конфайнмента не могут свободно двигаться по неабелевой струне в несуперсимметричной теории. Они объединяются с антимонополями в связанные мезонподобные состояния, нанизанные на струны.

7. Предложена теоретико-полевая модель -О-браны. Показано, что в N = 2 суперсимметричной КЭД локализация Е/( 1) калибровочного поля на доменной стенке происходит в слабой связи и полностью контролируется. Выведены и решены уравнения первого порядка для 1/4 BPS "соединительного узла" между доменной стенкой и абрикосовской трубкой потока (AHO струной) в Л/* = 2 суперсимметричной КЭД. Показано, что такой "соединительный узел" играет роль электрического заряда в эффективной U(l) калибровочной теории на стенке. Представлена квантовая версия эффективной U(l) калибровочной теории на доменной стенке с заряженной материей - "соединительными узлами" стенки со струнами. Показано, что наличие этой заряженной материи генерирует член Черна-Саймонса, а также; дальнодействующий потенциал между разными стенками.

8. Показано, что в монопольной точке в J\f — 2 суперсимметричной КХД с калибровочной группой SU(2) в лидирующем порядке по массе присоединенной материи ß абрикосовская струна является BPS-насыщенной. Однако при учете следующей поправки по /1 возникает сверхпроводимость I рода. При этом образуется "башня" стабильных мезонов, отвечающих струнным состояниям с высшими "намотками".

9. Найдены струны на хиггсовской ветви в М = 2 суперсимметричной КХД с калибровочной группой SU(2) и двумя ароматами кварков. Вычислены натяжения таких струн и показано, что их формирование дает потенциал конфайнмента, который ведет себя как L/ log L, где L - расстояние между тяжелыми пробными источниками.

10. Предложен долинный метод в квантовой теории поля. А именно выведено уравнение на долинную траекторию и разработан метод интегрирования около долинной траектории в функциональном интеграле. Долинный метод применен для вычисления инстантон - антиинстантонных взаимодействий в N = 1 суперсимметричной КХД. Показано, что учет этих взаимодействий воспроизводит эффективный суперпотенциал Афлека-Дайна-Зайберга.

11. Предложен метод эффективной инстантонной вершины. Эффективная ин-стантонная вершина вычислена в М = 2 суперсимметричной калибровочной теории с группой SU{2) без материи. С ее помощью найден одноин-стантонный препотенциал и показано его согласие с решением Зайберга -Виттена. Кроме того, в этой же теории вычислен весь ряд поправок к пре-потенциалу по высшим производным, генерируемый одним инстантоном.

Апробация работы

Результаты, полученные в диссертации, неоднократно докладывались на различных международных конференциях и симпозиумах. Далеко не полный список включает выступления соискателя на международных конференциях, таких как конференция "Continuous Advances in QCD", University of Minnesota, USA, 2011; Симпозиум "QCD and Strings: Elements of a Universal Theory", Oberwoelz, Austria, 2010; International Seminar "Quarks- 2010", Kolomna, Russia, 2010; "Symposium on Theoretical and Mathematical Physics", St. Petersburg, Russia, 2009; GGI Workshop "Non-perturbative methods in strongly coupled gauge theories", Florence, Italy, 2008; International Seminar "Quarks- 2006", Repino, St. Petersburg, Russia, 2006; International Workshop "Supersymmetries and Quantum Symmetries", Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia, 2005; International Seminar "Quarks— 2004", Pushkinskie Gori, Russia, 2004; "Continuous Advances in QCD", University of Minnesota, USA, 2002; Workshop on Non-Perturbative methods in Field and String Theories, ITP, Santa Barbara, USA, 2002; "Ioffefest", Paris, France, 2001; International conference "Quantization, Gauge Theories and Strings", Moscow, 2000 и других.

Кроме того, результаты, полученные в диссертации, докладывались на многочисленных теоретических семинарах во многих научных центрах США и Западной Европы, в том числе ежегодно (начиная с 1998 года) на семинарах FTPI, University of Minnesota, USA; на семинаре в Saclay, Paris, France; в University Stony Brook, USA; в CERN, Geneve, Switzerland; в Cambridge, Britain; в Oxford, Britain; многократно на теоретических семинарах в University of Swansea, Britain (куда соискатель приезжал с визитами в 1992-1997 годах), на семинарах в SISSA, Trieste, Italy (где соискатель находился в командировке в 1990-1992 годах), на семинарах в теоретическом отделе ИТЭФ (Москва), ОИЯИ (Дубна), и постоянно докладывались на семинарах ПИЯФ.

Кроме того, многие результаты диссертации, в особенности, относящиеся к физике неабелевых струн, вошли в книгу "Supersymmetric Solitons," Cambridge University Press, 2009, [83] написанную совместно с М. Шифманом, а также излагались в курсе лекций по неабелевым струнам, прочитанным соискателем в Saclay, Paris, France в 2010 г. Кроме того, соискатель прочел курс лекций по инстантонам в Universitete Stony Brook в 2000 г., в котором излагался вошедшие в диссертацию долинный метод и основные результаты его применения к динамике инстантонов.

1. Долинный метод

1.1. Взаимодействия в инстантонной среде

Первые три главы диссертации посвящены исследованию инстантонных эффектов в суперсимметричных теориях, начиная с простых квантовомехани-ческих моделей и заканчивая четырехмерными калибровочными теориями с расширенной М= 2 суперсимметрией. Как уже отмечалось во Введении, ки-ральные конденсаты в суперсимметричных теориях определяются во многих случаях одноинстантонными вкладами. Однако, для извлечения более детальных динамических характеристик существенен учет влияния инстантон-антиин-стантонных (II) взаимодействий. Вообще говоря, вакуум четырехмерной калибровочной теории поля представляет собой статистическую систему инстантонов и антиинстантонов, распределенных в пространстве - времени с характерной плотностью, пропорциональной е"8"2/®2 где д2 - калибровочная константа связи. Если мы хотим иметь систематический подход к анализу инстантонных эффектов, то необходимо развить методы вычисления потенциала взаимодействия в инстантонной среде.

Так как в слабой связи плотность инстантонов в вакууме мала, то к инстантонной среде можно применить вириальное разложение по плотности (см., например, [84]). Лидирующий член этого разложения отвечает разреженному инстантонному газу, следующий член учитывает парные взаимодействия, и т.д. Таким образом, при учете взаимодействия в инстантонной среде парное взаимодействие играет доминирующую роль. Более того, в суперсимметричных теориях из-за наличия нулевых фермионных мод инстантона вклад разреженного инстантонного газа в статсумму оказывается равным нулю и лидирующий эффект возникает от учета парных взаимодействий. Физически при этом ин-стантонная среда представляет собой разреженный газ инстантон-антиинстан-тонных молекул.

Наличие мультиинстантонных решений [16] (инстантонов с топологическим зарядом | к |> 1) говорит о том, что классическое взаимодействие двух инстантонов (двух антиинстантонов) равно нулю. (В дальнейшем под инстантоном будет пониматься решение с к = 1, а под антиинстантоном решение с к = —1.)

Это связано с наличием нулевых мод мультиинстантона, отвечающих трансляциям "центров" индивидуальных инстантонов, образующих данный мультиин-стантон. Действие мультиинстантона не меняется при таких трансляциях, что означает отсутствие классического взаимодействия. Так, например, действие мультиинстантона с к = 2 равно 2 х 87т2/д2 и не зависит ни от общей трансляции мультиинстантона, ни от расстояния Я между центрами индивидуальных инстантонов (при больших Я можно приближенно определить это понятие). В принципе, взаимодействие инстантонов может возникнуть на однопетлевом уровне, но этот эффект подавлен по д2 2

С другой стороны, взаимодействие инстантона с антиинстантоном отлично от нуля и возникает на классическом уровне в лидирующем порядке по д2. В данной главе предложен общий метод вычисления потенциала II взаимодействия и применен для анализа простых квантовомеханических систем.

Проблема заключается в том, что //-конфигурация не является точным решением уравнений движения. Она стремится к точному решению только в пределе Я —» оо, где Я - расстояние между инстантоном и антиинстантоном. С другой стороны при изменении Я действие //-конфигурации меняется медленно, так как инстантонное и антиинстантонное решения хорошо убывают на бесконечности и их взаимодействие мало. Таким образом, изменение расстояния Я между инстантоном и антиинстантоном отвечает квазинулевой моде.

В данной главе предлагается общий метод интегрирования по квазинулевым модам в функциональном интеграле. Этот метод назван долинным методом. Это название отражает то, что функциональное пространство в окрестности квазинулевой моды представляет собой "долину" с крутыми "стенками" и пологим "дном". "Топография" функционального пространства схематично представлена на Рис.1, на котором "линии высоты" отвечают линиям постоянного действия. Основным элементом метода является нахождение "дна долины" или долинной траектории. Она удовлетворяет долинному уравнению, которое представляет собой уравнение на траекторию наискорейшего спуска в функциональном пространстве. Долинный метод был предложен в работах [21, 22, 26],

2 Эффекты квантового взаимодействия инстантонов были вычислены в двумерной 0(3) сигма модели в работе [85]. Было показано, что их учет превращает инстантонную среду в кулоновскую плазму. см. также [23].

-1-о я

Рис. 1. Топография долины в функциональном пространстве. ,

Далее в первой главе диссертации долинный метод применяется для вычисления II взаимодействия в квантовой механике с двухямным потенциалом в суперсимметричной и несуперсимметричной версиях.

1.2. Интегрирование по долинным траекториям

В данном разделе сформулирован общий подход к вычислению функционального интеграла в случае, когда в функциональном пространстве имеется несколько направлений, вдоль которых действие меняется медленно. Эти направления (долины) отвечают квазинулевым модам оператора <525(ф)/6ф(х)6ф(у) В данном разделе ф обозначает обобщенную бозонную полевую переменную (обобщение метода на фермионный случай не составлякт труда), 3(ф) - действие теории. При этом предполагается, что теория находится в режиме слабой связи и при интегрировании по ненулевым модам можно пользоваться гауссовым приближением.

Предположим, что фо(х — хо) - точное решение классического уравнения движения

58/5ф\ф=фо = 0 (1.2.1) с конечным действием Б(фо) ~ 1 /д2 < оо (типа инстантона). Пусть, кроме того, оператор = А(ф)\ф0) имеет несколько точных нулевых мод, пропорциональных ^г, где Тг - набор коллективных координат, характеризующих фо (для инстантона (кинка) в квантовой механике т — хо - положение центра кин-ка). Рассмотрим пару точных решений ф^х — х\) и ф^(х — Жг) при достаточно больших Л = х\ — XI. Эта пара (как в случае II) не является, вообще говоря, точным решением классических уравнений движения, но при достаточно хорошем убывании полей ф\ и фъ на бесконечности представляет собой долинную конфигурацию. При учете слабого взаимодействия ф\ и Ф2 нулевые моды каждого из решений превращаются в квазинулевые. Некоторые моды, связанные с симметрией конфигурации как целого могут оставаться при этом нулевыми. Задачу вычисления функционального интеграла вблизи такой конфигурации, следуя работе [21], можно разбить на три этапа:

1. Нахождение долинной конфигурации ф(х, тц, т;у), параметризуемой двойным набором коллективных координат. Она должна удовлетворять граничному условию

Ф(х,Ти,Т2^\п-,оо = ф1(х,Тц) + ф2(х,Тц) (1.2.2)

2. Интегрирование по неквазинулевым и ненулевым модам вокруг найденной конфигурации ф(х,тц,Г2^ в гауссовом прближении.

3. Точное интегрирование по коллективным координатам Т{ = {тц, T2j}.

Для нахождения долинной траектории заметим, что при фиксированных значениях коллективных координат п функция фт = ф(х, т) должна являться минимумом действия при условии

Ф-Фт),^) = 0 (1.2.3) здесь (/, д) = / (14х/(х)д(х) - скалярное произведение), определяющем "ортогональный срез" долины, см. Рис.1. Это требование приводит к уравнению [21] г где £? - множители Лагранжа. Смысл этого уравнения в том, что касательная к долинной траектории направлена в функциональном пространстве по градиенту действия. Физически уравнение (1.2.4) представляет собой "закон Аристотеля": скорость пропорциональна силе. Подобному уравнению удовлетворяет течение вязкой жидкости. Поэтому в работе [21] это уравнение также названо "уравнением ручейка".

Уравнению (1.2.4) удовлетворяет любая линия наискорейшего спуска в функциональном пространстве. Чтобы выделить нужную нам долинную конфигурацию необходимо наложить граничные условия (1.2.2). При этом параметры ^¿(т), характеризующие малость линейного члена (уклон долины), малы,

28 е2(т) <§С 1. Мы рассмотрим случай, когда все е\ одного порядка и без ограничения общности положим е\ = е2(т) (это приведет к некоторому переопределению коллективных координат Т{ (см.(1.2.4)). 3 Например, для / и I в квантовой механике с двухъямным потенциалом е2 = е~л [21], для II в калибровочной теории 2 2 е2 = где /5^2 - размеры инстантона и антиинстантона (см. Главу 2).

Конечно, долинные координаты г« можно определять по разному. При этом переопределение Т{ приведет к переопределению £{('т) в (1.2.4). Однако, окончательный вклад данной траектории в стстсумму, определяемый интегралом по Гг, не зависит от выбора конкретной параметризации долины.

Введение коллективных координат г» в функциональный интеграл осуществляется стандартно, с помощью трюка Фаддеева - Попова: х((ф-фт), ^ ехр [-£Ш - \(ф - фт)А(ф - фт)} (1.2.5)

Значок "2"означает здесь вклад ф\ — Ф2 конфигурации. Важно отметить, что линейный по (ф — фт) член в экспоненте в (1.2.5) выпадает при введении 8 -функции в силу уравнения (1.2.4). Выполняя формально функциональное интегрирование в (1.2.5), имеем а - | П |<и« , Ц) | ^ д-^) ехр [—8{фт)] (1.2.6) где последний детерминант понимается в функциональном смысле, А~1(фт) -функция Грина оператора А(фт).

Преобразуем далее выражение (1.2.6), учитывая в предэкспоненте лишь лидирующий член разложения по е2(Л). Для этого заметим, что функции образуют подпространство собственных функций оператора Д(0Г) "нулевого" приближения (по £2(7?)), отвечающих квазинулевым и нулевым собственным значениям. Действительно, при е1 —» О [В? —> оо) функции ^ переходят в

3 Если некоторые еЦК) <К е2, то соответствующие можно и лидирующем по е2 приближении рассматривать как нулевые моды. точные нулевые моды оператора А(ф\ + ф2) (формально это можно доказать, дифференцируя уравнение (1.2.4) по тг). Тогда

2р

Wf х йеГх'2&{фт) exp [-5(0r)] (1 + 0{е2)) (1.2.7) или

Zo = N~l х exp [-Б(фт)} (1 + 0{е2)) (1.2.8) где det(2p} Д(фт) означает произведение собственных значений оператора А(фт) без 2р низших (р - число нулевых собственных значений каждого из операторов A(</>i) и Д(фг))- Детерминант det^А(фт) удовлетворяет свойству факторизации det{2p)А{фт) « defoïА{ф2), (1.2.9) которое широко используется в инстантонных вычислениях [92]. Его точность может, вообще говоря, оказаться ниже, чем 0(е2) (см. обсуждение в разделе 5 Главы 2). Подставляя (1.2.9) в (1.2.8), получаем окончательно вклад долинной траектории фт) в статсумму

Z2^N~l ¿/лф2ехр(-5(0г)), (1.2.10) где р , я,,,. = ТТ Лт. -Но+У2 ( , дтЫ ÔTkjJ

Ф* = f[drkldetf (^Г, ^r) det(P)A^> к = 1,2. (1.2.11) Потенциал "взаимодействия"двух решений ф\ и ф2 при этом (см. (1.2.10)) равен иш(тц,т2з) = Б{фт) - 5(^1) - 5(02)

Для иллюстрации долинного метода в следующих разделах этой главы он будет применен для вычисления II взаимодействия в квантовомеханических моделях. Во второй главе он будет использован для анализа II взаимодействий в четырехмерных суперсимметричных калибровочных теориях.

1.3. II взаимодействие в квантовой механике

Рис. 2. Двухямный потенциал.

В этом разделе мы рассмотрим простейшую квантовомеханическую теорию с инстантонами (кинками) и применим долинный метод для вычисления II потенциала взаимодействия. Рассмотрим квантовую механику с двухъямным потенциалом

У(<р) = - г,2)2, (1.3.1) где <р обозначает координату частицы, см. Рис. 2. В этой модели возникает расщепление двух низших уровней за счет подбарьерных переходов. Если барьер между двумя ямами достаточно высок, то расщепление является экспоненциально малым эффектом е 6я, где мы ввели константу связи

9 =

8\/2Л1

1.3.2)

1.3.3)

Мы будем предполагать, что находимся в режиме слабой связи д -С 1, т.е., что барьер достаточно высок.

Расщепление уровней может быть получено как одноинстантонный эффект, если посмотреть на квантовую механику, как на одномерную теорию поля, развернутую в Евклидовское пространство, см. например, [86]. Эта теория поля имеет вид

5 = + А(^2-^)2}, (1.3.4) где точка означает дифференцирование по времени. Инстантон (кинк) в этой теории представляет собой траекторию, интерполирующую между двумя минимумами потенциала. Решение для кинка имеет вид р0 = v tanh [^m0(t - i0)], (1.3.5) где то = 2у/2Хи, а ¿о - положение кинка, см. Рис.3.

Рис. 3. Решение для кинка.

Рассмотрим теперь пару - кинк в точке t\ и антикинк в точке и применим долинный метод для описания их взаимодействия. Уравнение (1.2.4) на долинную траекторию приобретает вид

- dfrn(t) + V(v) = 3m2e2(R)?^, (1.3.6) где R = ¿i — ¿2 - расстояние между кинком и антикинком, <PR.(t) - искомая долинная траектория, зависящая от R, как от параметра, e2(R) - малый долинный параметр, а множитель Зшд введен для удобства.

Долинная траектория <ря(Ь) удовлетворяет граничному условию (1.2.2) при R —> оо. Оно приобретает вид

Ы*)||я-оо = « {tanh[^(i - ii)] - tanh[^(t - t2)] - l} (1.3.7)

Мы будем рещать уравнение (1.3.6) по теории возмущений по малому долинному параметру e2(R). В первом нетривиальном порядке по £2 решение имеет вид

Mt) = v[l - le2 + 0(s4)} {tanh[^(i - f:)] - tanh[^(i - t2)} - l} , (1.3.8) где m = mo(l - \e2 + 0(e4)), (1.3.9) i a малый долинный параметр 4 e2(R) = e~mR. (1.3.10)

4 Конечно, долинную координату т в уравнении (1.2.4) можно определить разными способами. При этом пересканируется долинный параметр е2(т). Мы устранили эту неопределенность в лидирующем по е2 порядке, определив т = Я — ^ —

Долинная траектория изображена на Рис.4.

V , ф

-R/2/ \R/2 ,

J . \ t

- V

Рис. 4. II долинная траектория.

Подставляя долинную траекторию (1.3.8) в действие (1.3.4), имеем

Sjj(R) = -!- - - e~mR + 0(e~2mR), (1.3.11) ¿9 9 что дает для потенциала II взаимодействие

Ua{R) = ~ e~mR + 0(e~2mR), (1.3.12) см. (1.2.12) . Заметим, что точность, с которой вычислена долинная траектория (1.3.8), позволяет найти следующий 0(e~2mR) член в потенциале £///(/?). Мы, однако, ограничимся здесь главным 0(e~mR) членом. Он был вычислен ранее в работах [87, 88]. Мы воспроизводим его здесь для иллюстрации долинного метода.

Потенциал (1.3.12) экспоненциально убывают при больших R и отвечает притяжению кинка и антикинка. Качественно это отражает тот факт, что II конфигурация является топологически тривиальной и при R —> 0 кинк, как и антикинк, аннигилируют друг друга, см. Рис.4. При этом //траектория должна стремится к тривиальному вакууму, а действие Sif(R) должно стремится к нулю.

1.4. Вклад в энергию вакуума

Энергия вакуума в теории (1.3.4) может быть представлена в виде оо оо оо в™ = Е + е-а Е 4V + Е 4V + - (1.4.1) к=О fc=0 fc=0

Здесь первый член представляет собой ряд теории возмущений, а остальные отвечают вириальному разложению по инстантонной плотности. 5 Член

5 Ниже мы обсудим, насколько хорошо определены инстантонные вклады на фоне ряда теории возмущений. е аэ является вкладом разреженного инстантонного газа, член е3» учитывает II взаимодействия и т.д.

Одноинстантонный вклад в энергию вакуума имеет вид [91, 92], также см. например [86]

Е1 = ~^е-^[1 + 0(д)] (1.4.2)

Этот вклад определяет расщепление основного и первого возбужденного уровня. Так как в разности энергий указанных уровней вклад теории возмущений сокращается, то одноинстантонный вклад является хорошо определенным. По другому можно сказать, что этот вклад возникает при вычислении матричного элемента перехода из вакуума < </? >= —V в вакуум < <р >= +ь см. Рис.1. Такой переход соответствует ненулевому топологическому заряду <3 = +1 и поэтому хорошо определен.

Нас, однако, сейчас интересует третий член в (1.4.1), учитывающий II взаимодействия. Подставляя /7 действие (1.3.11) в формулы (1.2.10), (1.2.11), получаем

2 =--е

7Гд сю

2 -тд Ш О

1 - ехр (- е~тК) 9

1.4.3) где фактор Т, равный полному "объему"системы, возникает от интегрирования по нулевой трансляционной моде ¿о = §(¿1 + ¿г)- Кроме того, мы учли, что одноинстантонный детерминант по нулевым модам в формуле (1.2.11) (нормированный на теорию возмущений) равен [91, 92] 1 (1.4.4)

Интеграл по Л в (1.4.3) возник от выражения для второго вириального коэффициента 1] , (1.4.5) в котором учтен результат (1.3.12) для потенциала II взаимодействия. Вычитание единицы в (1.4.4) отвечает вычитанию вклада невзаимодействующих ин-стантона и антиинстантона, который уже учтен при выводе формулы (1.4.2).

При попытке вычислить интеграл в (1.4.3) мы сразу же сталкиваемся со следующей проблемой. Как уже отмечалось выше, потенциал II взаимодействия (1.3.12) отвечает притяжению. Поэтому главный вклад в интеграле (1.4.3)

34 сШ [е набирается от области малых Я. Однако, долинный параметр £2(Я) (1.3.10) является малым параметром только при больших Я, Я 1/тоо- При малых Я разложение по е2 = ехр (—гпоЯ) "взрывается" и потенциал (1.3.12) становится неприменимым. Более того, при малых Я квазинулевая мода, связанная с изменениями Я, перестает быть квазинулевой. Соответствующее собственное значение е2(Я,)) становится того же порядка, что и другие собственные значения Шц). При этом долинный метод, смысл которого состоит в выделении одной или нескольких квазинулевых мод из бесконечного множества мод и точного интегрирования по ним, перестает быть применим.

Указанная выше проблема возникла потому, что II конфигурация имеет нулевой топологический заряд и смешивается с вкладами теории возмущений, см. Рис. 4. На самом деле, если бы мы знали потенциал II взаимодействия точно, то вклад области малых Я в интеграле (1.4.4) должен был бы воспроизвести нам пертурбативную часть энергии вакуума, а вклад больших Я - непертурба-тивнуго. К сожалению, мы не знаем С/// при малых Я, Поэтому наша задача -вычесть пертурбативное разложение (которое все рсвно неправильно воспроизводится интегралом (1.4.3)) в формуле (1.4.3), оставив только непертурбатив-ную часть - инстантонный II вклад.

Если ограничится сектором с нулевым топологическим зарядом, то формулу (1.4.1) можно переписать так ЕРТ{д) + + . (1.4.6) где Ерт(д) - вклад теории возмущений и мы выбросили одноинстантонный вклад, так как он отвечает |<5| = 1. Здесь

Епр-реп (1.4.7)

Оценка (1.4.7) показывает способ, которым можно выделить Е™п~РеН [87, 88]: этот вклад в энергию вакуума содержит существенную особенность по константе связи при <7 = 0. Если мы доопределим пертурбативный вклад Ерт{д) как функцию, разложение которой в ряд по д дается теорией возмущений и которая не содержит существенной особенности по д на физическом листе, то метод выделения Е™п~РеН из (1.4.3) сводится к следующему:

1. Изменим в (1.4.3) знак константы связи д. При этом притяжение сменится на отталкивание.

2. Выделим в (1.4.3) лидирующий вклад ~ е-5» (при отрицательных д). Он теперь возникает от области больших Д; В, ~ (1/то) 1п1/д, где формула (1.4.3) применима.

3. Аналитически продолжим результат в область положительных д. Указанная процедура приводит к следующему непертурбативному вкладу в энергию вакуума т0 1 пап-рсН

11 яд

1п(~) + С + 0(д1пд)

1.4.8) где С - постоянная Эйлера. Важной особенностью полученного результата является наличие мнимой части (1.4.8) при д > 0. Она возникла из - за аналитического продолжения. Причем знак мнимой части определяется путем продолжения интеграла в (1.4.3) на положительные д.

Наличие мнимой части II вклада позволяет нам определить ассимптотику высоких порядков теории возмущений в Ерт [89]. Известно, что ряды теории возмущений являются плохо сходящимися. Во многих случаях они представляют собой лишь ассимптотические разложения, не суммируемые даже по Боре-лю, иными словами, имеют поведение '^¡гк\дк [89]. Покажем, что в рассматриваемой задаче это именно так.

Так как полная энергия основного состояния Етс должна быть вещественной, то наличие мнимой части Е™п~реН (д) означает, что пертурбативная энергия Ерт(д) тоже имеет мнимую часть (хотя каждый член пертурбативного раз-ложени вещественен). Более того, должно выполнятся равенство

1тЕРТ(д) = -1тЕг;р~реН(д) (1.4.9)

Применяя формулу Коши

4» = + 9

1тЕРТ (1.4.10) и используя (1.4.9), (1.4.8), получаем

40)~3^!. (1.4.11)

При этом все члены ряда при больших к имеют одинаковый знак. Заметим, что учет высших инстантонных кластеров, например, состоящих из двух инстан-тонов и двух антиинстантонов, в формуле (1.4.9) (дающих вклад ~ ехр—2/3д в энергию вакуума) приводит к малой поправке к (1.4.11), пропорциональной /г! (3/2)*.

Физически наличие мнимой части энергии означает неустойчивость. Мнимая часть пертурбативной энергии означает, что каждый из вакуумов двухъям-ного потенциала (1.3.1) неустойчив по отношению к переходам в другой вакуум. Мнимая часть непертурбативного вклада свидетельствует о неустойчивости II конфигурации по отношению к коллапсу в пертурбативный вакуум.

При попытках описания низкоэнергетической динамики в КХД часто предполагается, что пертурбативные эффекты несущественны, а вся динамика определяется непертурбативными эффектами, например, инстантонной средой. Разобранный нами выше модельный пример показывает, что такой подход заранее обречен на неудачу. Хотя формально нам и удалось определить II вклад в энергию вакуума (1.4.8), пользуясь аналитическими свойствами по константе связи, наличие мнимой части этого вклада говорит о том, что физический смысл имеет лишь полная энергия, (1.4.6), являющаяся суммой пертурбативной и непер-турбативной частей. В частности, если ряд теории возмущений понимать, как ассимптотическое разложение и учитывать его (как это часто делают) только до того порядка, до которого члены ряда С\гдк убывают, а остаток отбросить, то отброшенный остаток будет того же порядка, что и непертурбативный вклад (1.4.8), т.е. порядка ~ е-1/39.

В дальнейшем мы убедимся, что указанная проблема не является спеце-фичной для квантовой механики, а возникает также и в четырехмерных калибровочных теориях. Однако, в суперсимметричных теориях дело обстоит иначе. Во многих случаях высшие поправки теории возмущений либо отсутствуют, либо имеют контролируемое поведение. Это делает вычисление непертурбатив-ных вкладов в топологически тривиальном секторе (а именно к этому сектору относится большинство физически интересных величин) осмысленным.

1.5. Суперсимметричная квантовая механика

В этом разделе мы рассмотрим одну из простейших суперсимметричных моделей с инстантонами - суперсимметричную квантовую механику с двухъям-ным потенциалом. Действие этой теории имеет вид

5 = И ¿V - V2)2 + ~(ФФ - фф) + 27<рфф| (1.5.1) где 72/2 = Л, определенной в предыдущем разделе, см. (1.3.4). Индекс Виттена [93] в этой теории равен нулю, поэтому суперсимметрия может быть нарушена. Виттен продемонстрировал [24], что суперсимметрия в этой модели действительно нарушена.

Замечательно, что нарушение суперсимметрии происходит на непертурба-тивном уровне. В любом конечном порядке теории возмущений по д волновая функция основного состояния нормируема и отвечает нулевой энергии. Однако, точная волновая функция оказывается ненормируемой [24], что и приводит к нарушению суперсимметрии.

Уравнение Шредингера для модели (1.5.1) было решено в работе [90]. Результат для энергии основного состояния имеет вид

Еуас = ^ [1 + О(д)} (1.5.2)

7Г

Заметим, что сдвиг энергии положителен, как и следует в суперсимметричной теории, в силу положительной определенности Гамильтониана. Наличие экспоненты е-1/3э показывает, что нарушение суперсимметрии возникает при учете II эффектов.

В этом разделе мы покажем [22], что, если эту модель рассматривать, как одномерную теорию поля в эвклидовой формулировке (1.5.1), то результат (1.5.2) возникает от учета газа II молекул. При этом вклад невзаимодействующих инстантонов в энергию вакуума отсутствует из - за наличия фермионной нулевой моды в поле инстантона. Иными словами, II вклад является лидирующим, а вклада ~ е-1/65 не возникнет, в отличие от несуперсимметричной теории, рассмотренной в предыдущем разделе, см. (1.4.2).

В одномерной теории фермионный детерминант в произвольном бозонном внешнем поле </?(/•) может быть вычислен точно [90]. Интегрирование по фермионам в (1.5.1) дает сге*1/2(г<% + 27</?) = ехр (7 <Й у?). (1.5.3)

Мы видим, что учет фермионов приводит к нарушению ^ симметрии и "перекосу" двухъямного потенциала, см. Рис.5.

I V

Рис. 5. Потенциал теории с учетом фермионов.

Подставляя в (1.5.3) долинную траекторию (1.3.8), имеем р-тоЯ

1 + 0(£2)).

1.5.4) det1/2(гдt + 2-уу)

Включая этот фермионный детерминант в формулу (1.4.3) для II вклада в бозонной теории, получаем !^оГе-1/з9 кд

Я ехр | -т0Д + - е"т°я I 9

1.5.5)

Заметим, что в (1.5.5) отсутствует "вычитание единицы" в подинтегральном выражении, ср. (1.4.3). Это связано с отсутствием вклада одиночных инстантонов. Подинтегральное выражение в (1.5.5) стремится к нулю при Л —» со без всяких вычитаний за счет фермионного детерминанта.

Экспоненциируя II вклад в приближении разреженного газа /7, имеем

Ецас — тос-1/з<? тг д

Л ехр |-т0Я+

1.5.6)

Обратим внимание на отрицательный знак энергии (1.5.6). Он определяется положительной определенностью детерминантов, возникающих при вычислении II вклада (1.5.5).

6 Тут мы воспользовались долинной траекторией (1.3.8), выведенной в бозонной теории без учета индуцированного фермионами потенциала в (1.5.3). Это возможно, так как сам фермионный детерминант (1.5.3) является малой квантовой поправкой при малых д.

Формула (1.5.6) показывает, что потенциал взаимодействия инстантона и антиинстантона в суперсимметричной квантовой механике (1.5.1) равен

Сравнивания (1.5.7) с (1.5.6), мы видим, что наличие фермионного детерминанта приводит к появлению дополнительного потенциала притяжения, линейного по Я. Причину его возникновения нетрудно понять. Формула (1.5.3) говорит о том, что глубины двух ям с учетом фермионов перестали быть одинаковыми, см. Рис. 5. Скажем, левый минимум представляет собой истинный вакуум, а правый - ложный. Разница в энергии между этими вакуумами = то. Долинная II траектория (см. Рис.4) стартует из истинного вакуума и проводит время К в ложном. Поэтому проигрыш в энергии равен тпоЯ, что и соответствует первому члену в (1.5.7).

Перейдем теперь к вычислению энергии вакуума, даваемой формулой (1.5.6). Ясно, что мы сразу же столкнемся с той же проблемой, что и в предыдущем разделе. Потенциал (1.5.7) является потенциалом притяжения и поэтому главный вклад в (1.5.6) определяется областью малых Я, при которых формула (1.5.7) неприменима. Более того, область малых Я в интеграле (1.5.6) нас не интересует, так как отвечает коллапсу инстантона и антиинстантона в пертурбативный вакуум. Применяя процедуру аналитического продолжения на константе связи д, получаем для "непертурбативной" энергии 7

Этот результат совпадает с энергией, (1.5.2), полученной прямым решением уравнения Шредингера. Заметим, что энергию (1.5.8) имеет положительный знак, как и должно быть в суперсимметричной теории. При этом, как мы указывали ранее, интеграл (1.5.6) отрицателен. "Фокус" со знаком произошел из-за того, что мы вычисляли, главный вклад в (1.5.6) при отрицательных д, а потом продолжили результат на положительные д.

7 Правильнее было бы говорить о вычислении вклада (1.5.5) в стстсумму. Область малых Я (если бы мы ее могли правильно учесть во всех порядках в (1.5.5)) давала бы "пертурбативный" вклад, равный единице. Этот вклад отвечает нулувой пертурбатнвной энергии.

-тп0Я

1.5.7)

1.5.8)

В отличие от непертурбативной энергии (1.4.8) результат (1.5.8) не имеет мнимой части. Это естественно было ожидать. Энергия вакуума в суперсимметричной квантовой механике (1.5.1) равна нулю в любом порядке теории возмущений. Вклад (1.5.8) является лидирующим и ни с чем не смешивается. Поэтому он не может иметь мнимой части.

Таким образом, вклад II молекул в вакууме суперсимметричной квантовой механики хорошо определен. В дальнейшем мы увидим, что такое поведение характерно и для других суперсимметричных теорий, в частности, для четырехмерных калибровочных теорий.

В заключении данной главы заметим, что после опубликования работ [21, 22] долинное уравнение в двухъямной квантовой механике (1.3.6) изучалось численными методами [94]. При больших К решение для долинной траектории близко к (1.3.8), а при малых В. описывает коллапс инстантона и антиинстан-тона в тривиальный вакуум.

11. Заключение

Большинство работ, вошедших в диссертацию, выполнены совместно с моим многолетним соавтором и другом М. Шифманом. Ему я выражаю свою глубокую признательность за плодотворное сотрудничество, продолжающееся уже более десяти лет. За эти годы мне довелось работать в тесном контакте и с другими сотрудниками Института теоретической физики Университета Миннесоты (Миннеаполис, США), которым я выражаю свою благодарность. Особенно мне хотелось бы поблагодарить А. Вайнштейна за многочисленные плодотворные обсуждения и соавторство в нескольких работах, вошедших в диссертацию. С ним меня также связывают близкие дружеские отношения. М. Шифман и А. Вайнштейн оказали огромное влияние на формирование моих научных взглядов, как в период моего сотрудничества с Институтом теоретической физики

Университета Миннесоты, так и ранее в 80-ые годы. Мой интерес к непертурба-тивной динамике суперсимметричных калибровочных теорий поля в эти годы в большой мере сложился под влиянием их работ и эпизодических встреч с ними в ИТЭФе и на Зимних Школах ПИЯФ.

Я также благодарен моим более молодым коллегам Р. Ауцци и П. Болохову, работавших с нами в Университете Миннесоты, за сотрудничество в нескольких работах, вошедших в диссертацию.

Многие работы, вошедшие в диссертацию, выполнены в Институте теоретической физики Университета Миннесоты, и я благодарен своим американским коллегам за поддержку и сотрудничество.

Мне также хотелось бы поблагодарить моих московских коллег А. Горского и А. Маршакова, являющихся соавторами в целом ряде работ, вошедших в диссертацию.

Конечно же, мое становление как физика-теоретика на ранних этапах моей научной карьеры было бы невозможно вне школы теоретической физики, сложившейся в отделе Теоретической физики ПИЯФ. Я выражаю огромную благодарность всем сотрудникам нашего Теоретического отдела. Особое влияние на выработку у меня правильных подходов к решению задач теоретической физики оказали Л. Липатов, В. Грибов и А. Ансельм. Эти физики стали для меня примерами, которым я, по мере своих сил, старался следовать в течении всей моей научной карьеры.

Ряд работ по динамике инстантонов, вошедших в диссертацию, выполнен в 80-ые годы совместно с Я. Балицким, которому я выражаю благодарность. Трудно переоценить влияние, которое оказали на меня Д. Дьяконов и В. Петров. Обсуждения с ними всегда были интересными и стимулирующими. Д. Дьяконов был моим наставником и руководителем в то время, когда я делал первые шаги в науке. Ему я выражаю свою особую благодарность.

Пользуясь случаем, я также хотел бы поблагодарить мою жену Ольгу Юнг за неоценимую помощь в оформлении диссертации.

1. Ю. А. Гольфанд и Е. П. Лихтман, "Расширение алгебры операторов группы Пуанкаре и нарушение Р-четности", Письма в ЖЕТФ, т.13 (1971) с.323-326.

2. Д. В. Волков и В. П. Акулов, "Возможные универсальные взаимодействия нейтрино", Письма в ЖЕТФ, т.16 (1972) с.438-440.

3. A. Neveu and J. Н. Schwarz, "Factorizable dual models of pions", Nucl. Phys. В 31 (1971) p.86-112.

4. J. Wess and B. Zumino, "Supergauge transformations in four dimensions", Nucl. Phys. В 70 (1974) p.39-50.

5. A. Salam and J. Strathdee, "Supergauge Transformations", Nucl. Phys. В 76 (1974) p. 477-482.

6. K. Fujikawa and W. Lang, "Perturbation calculations for the scalar multiplet in a superfield formulation", Nucl. Phys. В 88 (1975) p. 61-76.

7. V. A. Novikov, M. A. Shifman, A. I. Vainshtein and V. I. Zakharov, "Exact Gell-Mann-Low Function Of Supersymmetric Yang-Mills Theories From Instanton Calculus", Nucl. Phys. В 229 (1983) p. 381-393.

8. D. Amati, G. C. Rossi and G. Veneziano, "Instanton Effects In Supersymmetric Gauge Theories", Nucl. Phys. В 249 (1985) p. 1-41.

9. D. Amati, Y. Meurice, G. C. Rossi and G. Veneziano, "Massive Sqcd And The Consistency Of Instanton Calculations", Nucl. Phys. В 263 (1986) p. 591-607.

10. K. Konishi, "Anomalous Supersymmetry Transformation Of Some Composite Operators In SQCD", Phys. Lett. В 135 (1984) p. 439-444.

11. I. Affleck, M. Dine and N. Seiberg, "Supersymmetry Breaking by Instantons", Phys. Rev. Lett. 51 (1983) p.1026-1029; "Dynamical Supersymmetry Breaking In Four-Dimensions And Its Phenomenological Implications", Nucl. Phys. В 256 (1985) p. 557-599.

12. A. C. Davis, M. Dine and N. Seiberg, "The Massless Limit Of Supersymmetric QCD", Phys. Lett. B 125 (1983) p. 487-492.

13. V. A. Novikov, M. A. Shifman, A. I. Vainshtein and V. I. Zakharov, "Supersymmetric Instanton Calculus (Gauge Theories With Matter)", Nucl. Phys. B 260 (1985) p. 157-181.

14. V. A. Novikov, M. A. Shifman, A. I. Vainshtein, M. B. Voloshin and V. I. Zakharov, "Supersymmetry transformations of instantons", Nucl. Phys. B 229 (1983) p. 394-406.

15. J. Fuchs and M. G. Schmidt, "Instanton Induced Green Functions In The Superfield Formalism", Z. Phys. C 30 (1986) p. 161-174,

16. J. Fuchs, "Instanton superfield calculations for SU(N) SQCD in the Higgs phase", Nucl. Phys. B 282 (1987) p. 437-465.

17. A. A. Belavin, A. M. Polyakov, A. S. Shwartz and Yu. S. Typkin, "Pseudoparticle Solutions of the Yang-Mills Equations", Phys. Lett. B 59 (1975) p.85-87.

18. I. Affleck, M. Dine and N. Seiberg, "Dynamical Supersymmetry Breaking In Supersymmetric QCD", Nucl. Phys. B 241 (1984) p.493-534.

19. M. Shifman, "Nonperturbative dynamics in supersymmetric gauge theories," Prog. Part. Nucl. Phys. 39 (1997) p. 1-116 hep-th/9704114],

20. B. Zumino, "Supersymmetry And The Vacuum," Nucl. Phys. B 89 (1975) p. 535-546;

21. P. West, "The Supersymmetric Effective Potential," Nucl. Phys. B 106 (1976) p. 219-227;

22. M. Grisaru, W. Siegel and M. Rocek, "Improved Methods For Supergraphs," Nucl. Phys. B 159 (1979) p. 429-450.337

23. I. I. Balitsky and A. V. Yung, "Collective-coordinate method for quasizero modes," Phys. Lett. В 168 (1986) p. 113-119.

24. I. I. Balitsky and A. V. Yung, "Instanton molecular vacuum in N = 1 supersymmetric quantum mechanics," Nucl. Phys. В 274 (1986) p. 475-508.

25. А. В. Юнг, "Экранирование однородного хромомагнитного поля в SU(2) глюодинамике," Ядерная физика т 41 (1985) стр. 1324-1330.

26. Е. Witten, "Dynamical breaking of supersymmetry," Nucl. Phys. В 188 (1981) p. 513-554

27. A. Polyakov, "Quark Confinement And Topology Of Gauge Groups," Nucl. Phys. В 120 (1977) p. 429-458.

28. A.V. Yung, "Instanton vacuum in supersymmetric QCD," Nucl. Phys. В 297 (1988) p. 47-85.

29. A.V. Yung, "Large distance behavior of supersymmetric QCD and instanton vacuum," Nucl. Phys. В 344 (1990) p. 73-114.

30. V. V. Khoze and A. V. Yung, "Instanton vacuum in thermal QCD," Z. Phys. С 50 (1991) p. 155-164

31. N. Seiberg and E. Witten, "Electro magnetic duality, monopole condensation, and confinement in N=2 supersymmetric Yang-Mills theory," Nucl. Phys. В 426 (1994) p.19-52; (E) В 430 (1994) p.485, hep-th/9407087].

32. N. Seiberg and E. Witten, "Monopoles, duality and chiral symmetry breaking in N=2 supersymmetric QCD," Nucl. Phys. В 431 (1994) p. 484-550, hep-th/9408099],

33. P. C. Argyres and M. R. Douglas, "New phenomena in SU(3) supersymmetric gauge theory," Nucl. Phys. В 448 (1995) p. 93-126, hep-th/9505062],

34. A. V. Yung, "Instanton dymnamics in the broken phase of the topological sigma model," Int. J. Mod. Phys. A 11 (1996) p. 951-974 hep-th/9502149]

35. A. V. Yung, "Instanton induced effective Lagrangian in the Seiberg-Witten model," Nucl. Phys., B 485 (1997) p. 38-62, hep-th/9605096].

36. A. V. Yung. "Higher derivative terms in the effective action of J\f = 2 SUSY QCD from instantons," Nucl. Phys., B 512 (1998) p. 79-102, hep-th/9705181].

37. D. Finnell and P. Pouliot, "Instanton calculus versus exact results in four dimensional SUSY gauge theories," Nucl. Phys. B 453 (1995) p. 225-239 hep-th/9503115].

38. N. Dorey, V. Khoze and M. Mattis, "Multi-Instanton Calculus in N=2 Supersymmetric Gauge Theory", Phys. Rev. D 54 (1996) p. 2921-2943 hep-th/9603136].

39. N. Nekrasov. "Seiberg-Witten prepotential from instanton counting,"Adv. Theor. Math. Phys.7 (2004) p. 831-864 hep-th/0206161].

40. Y. Nambu, "Strings, monopoles, and gauge fields," Phys. Rev. D 10 (1974) p. 4262-4268.

41. G. 't Hooft, in "High Energy Physics," edited by A. Zichichi, Editorici Compositori, Bologna (1975); "Topology Of The Gauge Condition And New Confinement Phases In Non-Abelian Gauge Theories," Nucl. Phys. B 190 (1981) p. 455-478.

42. S. Mandelstam, "Vortices And Quark Confinement In Non-Abelian Gauge Theories," Phys. Rept. 23 (1976) p. 245-249.

43. J. Greensite, "The Confinement Problem in Lattice Gauge Theory," Prog. Part. Nucl. Phys. 51 (2003) p. 1-104; hep-lat/0302018].

44. A. Abrikosov, "On the Magnetic properties of superconductors of the second group," Sov. Phys. JETP 5 (1957) p. 1174-1182 Reprinted in Solitons and Particles, Eds. C. Rebbi and G. Soliani (World Scientific, Singapore, 1984), p. 356-364.]

45. H. Nielsen and P. Olesen, 'Vortex Line Models for Dual Strings," Nucl. Phys. B61 (1973) p. 45-61 Reprinted in Solitons and Particles, Eds. C. Rebbi and G. Soliani (World Scientific, Singapore, 1984), p. 365].

46. M. R. Douglas and S. H. Shenker," "Dynamics of SU(N) supersymmetric gauge theory," Nucl. Phys. B 447 (1995) p. 271-296, hep-th/9503163].

47. A. Hanany, M. J. Strassler and A. Zaffaroni, "Confinement and strings in MQCD," Nucl. Phys. B 513 (1998) p. 87-118, hep-th/9707244],

48. M. Strassler, "Messages for QCD from the superworld," Prog. Theor. Phys. Suppl. 131 (1998) p. 439-458, hep-lat/9803009].

49. E. B. Bogomol'nyi. "Stability Of Classical Solutions," niSni'S, 24 (1976) p. 861; reprinted in Solitons and Particles, eds. C. Rebbi and G. Soliani (World Scientific, Singapore, 1984) p. 389.

50. A. I. Vainshtein and A. Yung, "Type I superconductivity upon monopole condensation in Seiberg-Witten theory," Nucl. Phys. B 614 (2001) p. 3-25, hep-th/0012250].

51. A. Gorsky, A. I. Vainshtein and A. Yung. "Deconfinement at the Argyres-Douglas point in SU(2) gauge theory with broken N = 2 supersymmetry," Nucl. Phys. B 584 (2000) p. 197-215, hep-th/0004087].

52. M. Shifman and A. Yung, "Metastable strings in Abelian Higgs models embedded in non-Abelian theories: Calculating the decay rate," Phys. Rev. D 66 (2002) p. 045012(12 p.) , hep-th/0205025],

53. A. A. Penin, V. A. Rubakov, P. G. Tinyakov and S. V. TYoitsky, "What becomes of vortices in theories with flat directions," Phys. Lett. B 389 (1996) p. 13-17 hep-ph/9609257].

54. P. Fayet and J. Iliopoulos, "Spontaneously Broken Supergauge Symmetries And Goldstone Spinors," Phys. Lett. B 51 (1974) p. 461-464.

55. A. Yung, 'Vortices on the Higgs branch of the Seiberg-Witten theory," Nucl. Phys. B 562 (1999) p.191-209 hep-th/9906243]

56. K. Evlampiev and A. Yung, "Flux tubes on Higgs branches in SUSY gauge theories," Nucl. Phys. B 662 (2003) p. 120-146 hep-th/0303047].

57. N. Dorey, "The BPS spectra of two-dimensional supersymmetric gauge theories with twisted mass terms," JHEP 9811 (1998) p.005 (49 p.) hep-th/9806056],

58. R. Auzzi, S. Bolognesi, J. Evslin, K. Konishi and A. Yung, " Non-Abelian superconductors: Vortices and confinement in N = 2 SQCD," Nucl. Phys. B 673 (2003) p. 187-216 hep-th/0307287].

59. M. Shifman and A. Yung, "Non-Abelian string junctions as confined monopoles," Phys. Rev. D 70 (2004) p. 045004 (28 p.) hep-th/0403149].

60. M. Shifman and A. Yung, "Supersymmetric Solitons and how they help ut understand nonAbelian gauge theories,"Rev. Mod. Phys. 79 (2007) p. 1139-1196 arXiv:hep-th/0703267].

61. A. Marshakov and A. Yung, "Non-Abelian confinement via Abelian flux tubes in softly broken N = 2 SUSY QCD," Nucl. Phys. B 647 (2002) p. 3-48 hep-th/0202172],

62. A. Hanany and D. Tong, "Vortices, instantons and branes," JHEP 0307 (2003) p. 037 (27 p.) hep-th/0306150].

63. A. Hanany and D. Tong, "Vortex strings and four-dimensional gauge dynamics," JHEP 0404 (2004) p. 066 (26 p.) hep-th/0403158].

64. M. Edalati and D. Tong, " Heterotic vortex strings", JHEP 0705 (2007) p. 005 (37 p.) hep-th/0703045].

65. M. Shifman and A. Yung, " Heterotic flux tubes in N = 2 SQCD with M = 1 preserving deformations," Phys. Rev. D 77 (2008) p. 125016 (25 p.) arXiv:0803.0158].

66. M. Shifman and A. Yung, "Non-abelian flux tubes in SQCD: Supersizing worldsheet supersymmetry," Phys. Rev. D 72 (2005) p. 085017 (19 p.) hep-th/0501211].

67. M. Shifman and A. Yung, "Large-vY solution of heterotic M = (0, 2) two-dimensional CP(N 1) model," Phys. Rev. D 77 (2008) p. 125017 (12 p.) arXiv:0803.0698].

68. A. Gorsky, M. Shifman and A. Yung, 'W = 1 Supersymmetric Quantum Chromodynamics: How Confined non-Abelian Monopoles Emerge from Quark Condensation", Phys. Rev. D 75 (2007) p. 065032 (16 p.) hcp-th/0701040].

69. P. A. Bolokhov, M. Shifman and A. Yung, "Description of the Heterotic String Solutions in U(N) SQCD," Phys. Rev. D 79 (2009) p. 085015 (18 p.) (Erratum: Phys. Rev. D 80 (2009) p. 049902 ) arXiv:0901.4603 [hep-th]].

70. P. A. Bolokhov, M. Shifman and A. Yung, "Description of the Heterotic String Solutions in the M Model," Phys. Rev. D 79 (2009) p. 106001 (11 p.) (Erratum: Phys. Rev. D 80 (2009) p. 049903 ) arXiv:0903.1089 [hep-th]].

71. A. Gorsky, M. Shifman and A. Yung, "Non-Abelian Meissner effect in Yang-Mills theories at weak coupling," Phys. Rev. D 71 (2005) p. 045010 (16 p.) hep-th/0412082].

72. A. Gorsky, M. Shifman and A. Yung, "The Higgs and Coulomb/Confining Phases in "Twisted-Mass" Deformed CPN~l Model" Phys. Rev. D 73 (2006) p. 065011 (9 p.) hep-th/0512153].

73. V. Markov, A. Marshakov and A. Yung, "Non-Abelian vortices in Я ~ 1* gauge theory," Nucl. Phys. B709 (2005) p. 267-295 hep-th/0408235].

74. J. Polchinski, "Dirichlet-Branes and Ramond-Ramond Charges," Phys. Rev. Lett. 75 (1995) p. 4724-4727 hep-th/9510017]; J. Polchinski, String Theory, Vols. 1 and 2 (Cambridge University Press, Cambridge, 1998, 933 p.).

75. G. R. Dvali and M. A. Shifman, "Domain walls in strongly coupled theories," Phys. Lett. В 396 (1997) p. 64-69 (E) В 407, 452 (1997) hep-th/9612128].

76. E. Witten, "On the conformal field theory of the Higgs branch," JHEP 9707 (1997) p. 003 (22 p.) arXiv:hep-th/9707093].

77. S. L. Dubovsky and V. A. Rubakov, "On models of gauge field localization on a brane," Int. J. Mod. Phys. A 16 (2001) p. 4331-4350 hep-th/0105243].

78. G. Dvali and A. Vilenkin, "Solitonic D-branes and brane annihilation," Phys. Rev. D 67 (2003) p.046002 (17 p.) hep-th/0209217].

79. M. Shifman and A. Yung, "Domain walls and flux tubes in N = 2 SQCD: D-brane prototypes," Phys. Rev. D 67 (2003) p. 125007 (20 p.) hep-th/0212293].

80. M. Shifman and A. Yung, "Localization of non-Abelian gauge fields on domain walls at weak coupling (D-brane prototypes II)," Phys. Rev. D 70 (2004) p. 025013 (28 p.) hep-th/0312257].

81. M. Shifman and A. Yung, "An analog of bulk-brane duality in field theory," Phys. Rev. D 74 (2006) p. 045006 (15 p.) hep-th/0603236],

82. R. Auzzi, M. Shifman and A. Yung, "Studying boojums in N = 2 theory with walls and vortices," Phys. Rev. D 72 (2005) p. 025002 (10 p.) hep-th/0504148],

83. M. Shifman and A. Yung, " Supersymmetric Solitons," Cambridge University Press, Cambridge, 2009, 259 p.

84. Л. Д. Ландау и E. M. Лифшиц, "Статистическая физика," т. 5, часть 1, "Наука," Москва, 1976.

85. А. И. Вайнштейн В. И. Захаров, В. А. Новиков, М. А. Шифман "Инстан-тонная азбука," Успехи Физ. Наук 136 (1982) с. 553-591.

86. Е. В. Bogomolny, "Calculation Of Instanton Anti-Instanton Contributions In Quantum Mechanics," Phys. Lett. B91 (1980) p. 431-435.

87. J. Zinn-Justin, "Multi Instanton Contributions In Quantum Mechanics," Nucl. Phys. В 192 (1981) p. 125-140.

88. JI. H. Липатов, "Divergence of the Perturbation Theory Series and the Quasiclassical Theory," ЖЕТФ, т.45 (1977) с. 216-223.

89. P. Salomoson and J. W. van Holten, "Fermionic coordinates and supersymmetry in quantum mechanics," Nucl. Phys. В 196 (1982) p. 509-531.

90. E. Gildiner and A. Patascioiu, Phys. Rev. D 16 (1977) p. 423

91. S. Coleman, "The uses of instantons," in: The ways of subnuclear Physics, Eriche Lecture (1977) 0805 (Plenum, New York, 1979)

92. E. Witten, "Constraints On Supersymmetry Breaking," Nucl. Phys. В 202 (1982) p. 253-316.

93. E. V. Shuryak, "The QCD Vacuum, Hadrons and Superdense matter," World Scientific Publishing, (1988) p. 1-401.

94. I. Affleck, J. Harvey and E. Witten, "Instantons and (Super)Symmetry Breaking in (2+l)-Diinensions," Nucl. Phys. В 206 (1982) p. 413-439.

95. S.F. Cordes, "The Instanton Induced Superpotential In Supersymmetric Qcd," Nucl. Phys. B273 (1986) p. 629-648.

96. G. C. Rossi and G. Veneziano, "Nonperturbative Breakdown Of The Nonrenormalization Theorem In Supersymmetric Qcd," Phys. Lett. 138B (1984) p. 195-199.

97. A. Ritz and A. Vainshtein, "Instantons at Strong Coupling, Averaging over Vacua, and the Gluino Condensate," Nucl. Phys. B566 (2000) p. 311-328 arXiv:hep-th/9909073v3].

98. G.'t Hooft, "Symmetry Breaking Through Bell-Jackiw Anomalies," Phys. Rev. Lett. 37 (1976) p. 8-11; "Computation of the Quantum Effects Due to a Four-Dimensional Pseudoparticle," Phys. Rev. D 14 (1976) p. 3432-3450.

99. R. Jackiw and C. Rebbi, "Conformal Properties of a Yang-Mills Pseudoparticle," Phys. Rev. D 14 (1976) p. 517-523.

100. C. G. Callan, R. Dashen, D. J. Gross, "Toward a Theory of the Strong Interactions," Phys. Rev. D 17 (1978) p.2717-2763; "A Theory of Hadronic Structure," Phys. Rev. D 19 (1979) p. 1826-1855.

101. D. I. Diakonov and V. Yu. Petrov, "Instanton-based vacuum from Feynman variational princile," Nucl. Phys. B245 (1984) p. 251-292.

102. I. Affleck, "On constrained instantons," Nucl. Phys. B191 (1981) p. 429-444.

103. L. Mizrachi, "A Nonperturbative Contribution To The Vacuum Energy In Supersymmetric Qcd," Phys. Lett. 175B (1986) p. 325-330.

104. A. I. Vainshtein and V. I. Zakharov, "Calculation Of The Fermion Determinant In Chiral And Supersymmetrical Theories," JETP Lett. 35 (1982) p.323-326

105. S. Coleman, "The Quantum Sine-Gordon Equation as the Massive Thirring Model," Phys. Rev. D 11 (1975) p. 2088-2097.

106. J. Frolich, Commun. Math. Phys. 47 (1976) p. 233.

107. J. Wess and J. Bagger, "Supersymmetry and Supergravity," Princeton Univ. Press, 1983. 110 p.

108. M. T. Grisaru, W. Siegel and M. Rocek, "Improved Methods for Supergraphs," Nucl. Phys. B 159 (1979) p. 429-450.

109. J. Kapusta, "Finite Temperature Field Theory," Cambridge Univ. Press, 1989.

110. D. Gross, R. Pisarski and L. Yaffe, "QCD and instantons at finite temperature," Rev. Mod. Phys. 53 (1981) p. 43-80.

111. G. 't Hooft, unpublished. See R. Jackiw, c. Nohl and C. Rebbi, "Conformai Properties of Pseudoparticle Configurations," Phys. Rev. D 15 (1977) p. 1642-1646.

112. E. Witten, "Branes and the dynamics of QCD," Nucl. Phys. B 507 (1997) p. 658-609. hep-th/9706109],

113. R. Grimm, M. Sohnius and J. Wess, "Extended Supersymmetry and Gauge Theories," Nucl. Phys. B133 (1978) p. 275-284

114. N. Seiberg, "Supersymmetry and Nonperturbative beta Functions," Phys. Lett. 206B (1988) p. 75-80.

115. M. A. Shifman, A. I. Vainshtein and V. I. Zakharov, "Instantons In Nonperturbative Qcd Vacuum," Nucl. Phys. B 165 (1980) p. 45-54.

116. V.l. Zakharov, "Classical corrections to instanton induced interactions," Nucl. Phys. B371 (1992) p. 637-658.

117. D. Diakonov and M. Polyakov, "Baryon number nonconservation at high-energies and instanton interactions," Nucl. Phys. B389 (1993) p. 109-132.

118. A. V. Yung, "Instanton induced Effective Lagrangian in the Gauge Higgs Theory," SISSA (1990) 181/90/EP.

119. L. McLerran, A. Vainshtein and M. Voloshin, "Strong Instanton Induced Amplitudes In A Weakly Coupled Theory," Phys. Rev. D 42 (1990) p. 180-186.

120. G. 't Hooft, "Computation of the Quantum Effects Due to a Four-Dimensional Pseudoparticle," Phys. Rev. D 14 (1976) p. 3432-3450.

121. M. Henningson, "Extended superspace, higher derivatives and SL(2, Z) duality," Nucl. Phys. B458 (1996) p. 445-455 hep-th/9507135]

122. B. de Wit, M. T. Grisaru and M. Rocek "Nonholomorphic Corrections to the One-Loop N=2 Super Yang-Mills Action," Phys. Lett. B374 (1996) p. 297-303 hep-th/9601115]

123. M. Sohnius, "Introducing Supersymmetry," Phys. Rep. 128 (1985) p. 39-204.

124. A. Gorsky and M. A. Shifman, "More on the tensorial central charges in N = 1 supersymmetric gauge theories (BPS wall junctions and strings)," Phys. Rev. D 61 (2000) p. 085001 (14 p.) hep-th/9909015],

125. Z. Hlousek and D. Spektor, "Why topological charges imply extended supersymmetry," Nucl. Phys. B370 (1992) p. 143-164.

126. S. C. Davis, A. Davis and M. Trodden, "N=1 Supersymmetric Cosmic Strings," Phys. Lett. B405 (1997) p. 257-264 hep-ph/9702360]

127. P. G. de Gennes, "Superconductivity of metals and alloys," Benjamin, New York (1966).

128. H. J. de Vega and F. A. Shaposnik, "A Classical Vortex Solution of the Abelian Higgs Model," Phys. Rev. D 14 (1976) p. 1100-1106; reprinted in "Solitons and Particles," Eds. C. Rebbi and G. Soliani, World Scientific, Singapore (1984) p.382

129. X. Hou, "Abrikosov String in N=2 Supersymmetric QED," Phys. Rev. D 63 (2001) p. 045015 (4 p.) hep-th/0005119]

130. D. Kutasov, A. Schwimmer and N. Seiberg, "Chiral Rings, Singularity Theory and Electric-Magnetic Duality," Nucl. Phys. B459 (1996) p.455-496 hep-th/9510222],

131. N. Seiberg, "Exact Results on the Space of Vacua of Four Dimensional SUSY Gauge Theories," Phys. Rev. D 49 (1994) p. 6857-6863 hep-th/9402044],

132. M. Shifman and A. Vainshtein, "Instantons Versus Supersymmetry: Fifteen Years Later," in M. A. Shifman, "ITEP lectures on particle physics and field theory," World Scientific, Singapore (1999) vol. 2 p. 485 hep-th/9905015]

133. K. Intriligator, "Integrating in and exact superpotentials in 4d," Phys. Lett. B336 (1994) p. 409-414 hep-th/9407106],

134. R. Dijkgraaf and C. Vafa, "Matrix Models, Topological Strings, and Supersymmetric Gauge Theories," Nucl. Phys. B644 (2002) p. 3-20.

135. F. Cachazo, N. Seiberg and E. Witten, "Phases of N=1 Supersymmetric Gauge Theories and Matrices," JHEP 0302 042 (2003) p. 042-110 arXiv:hep-th/0301006]

136. P. C. Argyres, M. R. Plesser, N. Seiberg, and E. Witten, "New N=2 Superconformal Field Theories in Four Dimensions" Nucl. Phys. B461 (1996) p.71-84 arXiv:hep-th/9511154],

137. G. 't Hooft, "On the Phase Transition Towards Permanent Quark Confinement," Nucl. Phys. B138 (1978) p. 1-25; G. 't Hooft and M. J. G. Veltman, "Scalar One Loop Integrals," Nucl. Phys. B153 (1979) p. 365-401.

138. G. 't Hooft, "Magnetic Monopoles In Unified Gauge Theories," Nucl. Phys. B 79 (1974) p. 276-284.

139. A. Bilal and F. Ferrari, "The BPS spectra and superconformal points in massive N = 2 supersymmetric QCD," Nucl. Phys. В 516 (1998) p. 175-228 hep-th/9706145].

140. N. S. Manton, "A remark on the scattering of BPS monopoles," Phys. Lett. В 110 (1982) p. 54-56.

141. M. Б. Волошин, И. Я. Кобзарев и JI. Б. Окунь, ЯФ 20(1975) стр.1229

142. S. Coleman, "The Fate of the False Vacuum. 1. Semiclassical Theory," Phys. Rev. D 15 (1977) p. 2929-2936.

143. M. B. Voloshin, "False vacuum decay," in 'Vacuum and vacua: the physics of nothing," Proc. Int. School of Subnuclear Physics, Erice, Italy, Ed. A. Zichichi, World Scientific, Singapore, 1996, p.88

144. F. A. Bais, "The Topology Of Monopoles Crossing A Phase Boundary," Phys. Lett. В 98 (1981) p. 437-440.

145. J. Preskill and A. Vilenkin, "Decay of metastable topological defects," Phys. Rev. D 47 (1993) p. 2324-2342 hep-ph/9209210].

146. R. Auzzi, S. Bolognesi, J. Evslin and K. Konishi, "Nonabelian monopoles and the vortices that confine them," Nucl. Phys. В 686 (2004) p. 119-134 hep-th/0312233]; R. Auzzi, S. Bolognesi, J. Evslin, K. Konishi and H. Murayama,

147. NonAbelian monopoles," Nucl. Phys. B 701 (2004) p. 207-246 hep-th/0405070.; R. Auzzi, S. Bolognesi and J. Evslin, "Monopoles can be confined by 0, 1 or 2 vortices," JHEP 0502 (2005) p. 046 (36 p.) [hep-th/0411074];

148. A. Vilenkin, "Cosmological Evolution Of Monopoles Connected By Strings,"

149. Nucl. Phys. B 196 (1982) p. 240-258.

150. I. K. Affleck and N. S.Manton, "Monopole Pair Production In A Magnetic Field," Nucl. Phys. B 194 (1982) p. 38-64.

151. J. Schwinger, "The Theory of quantized fields. 1," Phys. Rev. D82 (1951) p. 914-927.

152. T. Eguchi and A. Hanson, "Asymptotically Flat Selfdual Solutions to Euclidean Gravity," Phys. Lett. B 74 (1978) p. 249-251; "Selfdual Solutions to Euclidean Gravity," Ann. Phys. 120 (1979) p. 82-106.

153. A. Achucarro and T. Vachaspati, "Semilocal and electroweak strings," Phys. Rept. 327 (2000) p. 347-426. hep-ph/9904229].

154. J. Heo and T. Vachaspati, "Z(3) strings and their interactions," Phys. Rev. D 58 (1998) p. 065011 (7 p.) hep-ph/9801455].

155. P. Suranyi, "Vortex solutions in SU(N) adjoint Higgs theories," Phys. Lett. B 481 (2000) p. 136-142. hep-lat/9912023].

156. F. A. Schaposnik and P. Suranyi, "New vortex solution in SU(3) gauge-Higgs theory," Phys. Rev. D 62 (2000) p. 125002 (7 p.) hep-th/0005109].

157. M. A. C. Kneipp and P. Brockill, "BPS string solutions in non-Abelian Yang-Mills theories," Phys. Rev. D 64 (2001) p. 125012 (6 p.) hep-th/0104171],

158. K. Konishi and L. Spanu, "Non-Abelian vortex and confinement," Int. J. Mod. Phys. A 18 (2003) p. 249-270. hep-th/0106175].

159. P. Argyres, M. Plesser and N. Seiberg, "The Moduli Space of N=2 SUSY QCD and Duality in N=1 SUSY QCD,' Nucl. Phys. B471 (1996) p. 159-194 hep-th/9603042],

160. G. Carlino, K. Konishi and H. Murayama, "Dynamical symmetry breaking in supersymmetric SU(n(c)) and USp(2n(c)) gauge theories," Nucl. Phys. B 590 (2000) p. 37-122 hep-th/0005076].

161. K. Bardakci and M. B. Halpern, "Spontaneous Breakdown And Hadronic Symmetries," Phys. Rev. D 6 (1972) p. 696-701.

162. E. Witten, "Superconducting Strings," Nucl. Phys. B 249 (1985) p. 557-592 .

163. M. Hindmarsh, "Superconducting Cosmic Strings In Grand Unified Models," Phys. Lett. B 225 (1989) p. 127-132.

164. M. G. Alford, K. Benson, S. R. Coleman, J. March-Russell and F. Wilczek, "Zero Modes Of Nonabelian Vortices," Nucl. Phys. B 349 (1991) p. 414-438.

165. M. Eto, M. Nitta and N. Sakai, "Effective theory on non-Abelian vortices in six dimensions," Nucl. Phys. B 701 (2004) p. 247-272 hep-th/0405161].

166. S. Bolognesi, "The holomorphic tension of nonabelian vortices and the quark = dual-quark condensate," Nucl. Phys. B 719 (2005) p. 67-76 hep-th/0412241].

167. V. A. Novikov, M. A. Shifman, A. I. Vainshtein and V. I. Zakharov, "Two-Dimensional Sigma Models: Modeling Nonperturbative Effects Of Quantum Chromodynamics," Phys. Reports 116 (1984) p. 103-171.

168. E. Witten, "Phases of TV = 2 theories in two dimensions," Nucl. Phys. B 403 (1993) p. 159-222 hep-th/9301042],

169. A. M. Polyakov, "Interaction Of Goldstone Particles In Two-Dimensions. Applications To Ferromagnets And Massive Yang-Mills Fields," Phys. Lett. B 59 (1975) p. 79-81.

170. E. Witten, "Instantons, The Quark Model, And The 1/N Expansion," Nucl. Phys. B 149 (1979) p. 285-320 .

171. K. Hori and C. Vafa, "Mirror symmetry," unpublished (91 p.) hep-th/0002222],

172. P. Fendley and K. A. Intriligator, "Scattering And Thermodynamics In Integrable N=2 Theories," Nucl. Phys. B 380 (1992) p. 265-292 hep-th/9202011].

173. S. Cecotti and C. Vafa, "On classification of N=2 supersymmetric theories," Commun. Math. Phys. 158 (1993) p. 569-644 hep-th/9211097],

174. T. Eguchi, K. Hori and C. S. Xiong, "Gravitational quantum cohomology," Int. J. Mod. Phys. A 12 (1997) p. 1743-1782 hep-th/9605225],

175. A. Hanany and K. Hori, "Branes and N = 2 theories in two dimensions," Nucl. Phys. B 513 (1998) p. 119-174 hep-th/9707192],

176. D. Tong, "Monopoles in the Higgs phase," Phys. Rev. D 69 (2004) p. 065003 (4 p.) hep-th/0307302],

177. M. Hindmarsh and T. W. B. Kibble, "Beads On Strings," Phys. Rev. Lett. 55 (1985) p. 2398-2400.

178. A. E. Everett and M. Aryal, "Comment On 'Monopoles On Strings'," Phys. Rev. Lett. 57 (1986) p. 646-646.

179. Y. Isozumi, M. Nitta, K. Ohashi and N. Sakai, " All Exact Solutions of a 1/4 Bogomol'nyi-Prasad-Sommerfield Equation", Phys. / Rev. / D 71 (2005) p. 065018 (6 p.) hep-th/0405129].

180. E. J. Weinberg, "Fundamental Monopoles And Multi Monopole Solutions For Arbitrary Simple Gauge Groups," Nucl. Phys. B 167 (1980) p. 500-524; "Fundamental Monopoles In Theories With Arbitrary Symmetry Breaking," Nucl. Phys. B 203 (1982) p. 445-471.

181. A. Losev and M. Shifman, "N = 2 sigma model with twisted mass and superpotential: Central charges and solitons," Phys. Rev. D 68 (2003) p. 045006 (11 p.) hep-th/0304003].

182. M. Shifman, A. Vainshtein and R. Zwicky, "Central charge anomalies in 2D sigma models with twisted mass," J. Phys. A 39 (2006) p. 13005-13024 hep-th/0602004].

183. A. Rebhan, P. van Nieuwenhuizen and R. Wimmer, "A new anomaly in the central charge of the N = 2 monopole," Phys. Lett. B 594 (2004) p. 234-240 hep-th /0401116].

184. M. Shifman, A. Yung, "Non-Abelian Semilocal Strings in N=2 Supersymmetric QCD" Phys. Rev. D 73 (2006) p. 125012 (16 p.) hep-th/0603134].

185. M. Eto, J. Evslin, K. Konishi, G. Marmorini, M. Nitta, K. Ohashi, W. Vinci and N. Yakoi, " On the moduli space of semilocal strings and lumps" Phys. Rev. D 76 (2007) p. 105002 (28 p.), arXiv:0704.2218 (hep-th)].

186. A. M. Polyakov and A. A. Belavin, "Metastable States of Two-Dimensional Isotropic Ferromagnets," JETP Lett. 22 (1975) p. 245-248.

187. R. S. Ward, "Slowly Moving Lumps In The Cp**l Model In (2+l)-Dimensions," Phys. Lett. B 158 (1985) p. 424-428.

188. R. A. Leese and T. M. Samols, "Interaction of semilocal vortices," Nucl. Phys. B 396 (1993) p. 639-669.

189. R. A. Leese, "The Stability of semilocal vortices at critical coupling," Phys. Rev. D 46 (1992) p. 4677-4684.

190. K. Intriligator, N. Seiberg and D. Shih, "Dynamical SUSY breaking in metastable vacua," JHEP 0604 (2006) p. 021 (39 p.) hep-th/0602239].

191. M. Eto, K. Hashimoto and S. Terashima, "Solitons in Supersymmety Breaking Meta-Stable Vacua," JHEP 0703 (2007) p. 061(30 p.) hep-th/0610042.

192. N. Seiberg, "Electric magnetic duality in supersymmetric nonAbelian gauge theories," Nucl. Phys. B 435 (1995) p. 129-146 hep-th/9411149].

193. M. A. Shifman, "Anomalies and low-energy theorems in Quantum Chromodynamics," Phys. Reports 209 (1991) p. 341-378.

194. A. B. Zamolodchikov and Al. B. Zamolodchikov, "Factorized S-matrices in two dimensions as the exact solutions of certain relativistic quantum field models," Annals Phys. 120 (1979) p. 253-291.

195. A. B. Zamolodchikov and Al. B. Zamolodchikov, "Massless Factorized Scattering And Sigma Models With Topological Terms," Nucl. Phys. B 379 (1992) p. 602-623.

196. S. R. Coleman, "More About The Massive Schwinger Model," Annals Phys. 101 (1976) p. 239-267.

197. E. Witten, "Theta dependence in the large N limit of four-dimensional gauge theories," Phys. Rev. Lett. 81 (1998) p. 2862-2865 hep-th/9807109].

198. M. Shifman, "Domain walls and decay rate of the excited vacua in the large N Yang-Mills theory," Phys. Rev. D 59 (1999) p.021501 (3 p.) hep-th/9809184].

199. C. Vafa and E. Witten, "A Strong coupling test of S duality," Nucl. Phys. B 431 (1994) p. 3-77 hep-th/9408074],

200. R. Donagi and E. Witten, "Supersymmetric Yang-Mills Theory And Integrable Systems," Nucl. Phys. B 460 (1996) p. 299-334 hep-th/9510101],

201. I. I. Kogan, A. Kovner and M. A. Shifman, "More on supersymmetric domain walls, N counting and glued potentials," Phys. Rev. D 57 (1998) p. 5195-5213 hep-th/9712046].

202. E. R. Abraham, P. I<. Townsend, "Q Kinks Phys. Lett. B 291 (1992) p. 85-88; "More on Q kinks: a (l+l)-dimensional analog of dyonsPhys. Lett. B 295 (1992) p. 225-232.

203. J. P. Gauntlett, R. Portugues, D. Tong and P. K. Townsend, "D-brane solitons in supersymmetric sigma-models," Phys. Rev. D 63 (2001) p. 085002 (10 p.) hep-th/0008221].

204. N. Sakai and D. Tong, "Monopoles, vortices, domain walls and D-branes: The rules of interaction," JHEP 0503 (2005) p. 019 (39 p.) hep-th/0501207].

205. M. Eto, T. Fujimori, M. Nitta, K. Ohashi and N. Sakai, "Domain walls with non-Abelian clouds", Phys. Rev. D 77 (2008) p. 125008 (25 p.) hep-th/0802.3135

206. J. P. Gauntlett, D. Tong and P. K. Townsend, "Multi-domain walls in massive supersymmetric sigma-models," Phys. Rev. D 64 (2001) p. 025010 (9 p.) hep-th/0012178],

207. D. Tong, "The moduli space of BPS domain wallsnPhys. Rev. D 66 (2002) p. 025013 (8 p.) hep-th/0202012],

208. Y. Isozumi, M. Nitta, K. Ohashi and N. Sakai, "Construction of non-Abelian walls and their complete moduli space," Phys. Rev. Lett. 93 (2004) p. 161601 (4 p.) hep-th/0404198].

209. Y. Isozumi, M. Nitta, K. Ohashi and N. Sakai, "Non-Abelian walls in supersymmetric gauge theories," Phys. Rev. D 70 (2004) p. 125014 (38 p.) hep-th /0405194].

210. J. P. Gauntlett, D. Tong and P. K. Townsend, "Supersymmetric intersecting domain walls in massive hyper-Kahler sigma models," Phys. Rev. D 63 (2001) p. 085001 (10 p.) hep-th/0007124],

211. K. Kakimoto, N. Sakai, "Domain Wall Junction in N=2 Supersymmetric QED in four dimensions," Phys. Rev. D 68 (2003) p. 065005 (16 p.) hep-th/0306077].

212. M. Eto, Y. Isozumi, M. Nitta, K. Ohashi and N. Sakai, "Webs of walls," Phys. Rev. D 72 (2005) p. 085004 (18 p.) hep-th/0506135].

213. M. Eto, Y. Isozumi, M. Nitta, K. Ohashi and N. Sakai, "Non-abelian webs of walls," Phys. Lett. B 632 (2006) p. 384-392 hep-th/0508241],

214. M. Eto, T. Fujimori, T. Nagashima, M. Nitta, K. Ohashi, and N. Sakai, "Effective action of domain wall networks," Phys. Rev. D 75 (2007) p. 045010 (19 p.) hep-th/0612003].

215. R. Auzzi, M. Shifman and A. Yung, "Domain lines as fractional strings," Phys. Rev. D 74 (2006) p. 045007 (13 p.) hep-th/0606060],

216. D. Tong, "D-branes in field theory," JHEP 0602 (2006) p. 030 (19 p.) hep-th/0512192].

217. O. Aharony, A. Hanany, K. A. Intriligator, N. Seiberg and M. J. Strassler, "Aspects of N = 2 supersymmetric gauge theories in three dimensions," Nucl. Phys. B 499 (1997) p. 67-99 hep-th/9703110],

218. J. de Boer, K. Hori and Y. Oz, "Dynamics of N = 2 supersymmetric gauge theories in three dimensions," Nucl. Phys. B 500 (1997) p. 163-191 hep-th/9703100].

219. A. N. Redlich, "Gauge Noninvariance And Parity Nonconservation Of Three-Dimensional Fermions," Phys. Rev. Lett. 52 (1984) p. 18-21; "Parity Violation

220. And Gauge Noninvariance Of The Effective Gauge Field Action In Three-Dimensions," Phys. Rev. D 29 (1984) p. 2366-2374.

221. L. Alvarez-Gaume and E. Witten, "Gravitational Anomalies," Nucl. Phys. B 234 (1984) p. 269-330.

222. K. Intriligator and N. Seiberg, "Mirror symmetry in three dimensional gauge theories," Phys. Lett. B 387 (1996) p. 513-519 hep-th/9607207].

223. J. de Boer, K. Hori, H. Ooguri and Y. Oz, "Mirror symmetry in three-dimensional gauge theories, quivers and D-branes," Nucl. Phys. B 493 (1997) p. 101-147 hep-th/9611063].

224. A. Armoni and T. J. Hollowood, "Sitting on the domain walls of N = 1 super Yang-Mills," JHEP 0507 (2005) p. 043 (16 p.) hep-th/0505213]; "Interactions of domain walls of SUSY Yang-Mills as D-branes," JHEP 0602 (2006) p. 072 (7 p.) [hep-th/0601150].