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In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Aspekte der starken Wechselwirkung in effektiven Modellen in selbstkonsistenten Vielteilchenresummationsverfahren, die mit Hilfe des Cornwall-Jackiw-Tomboulis-Formalismus (CJT) hergeleitet wurden, untersucht. Zum einen wurden in der vorliegenden Arbeit lineare Sigma-Modelle behandelt, die zur Beschreibung der chiralen Symmetrierestauration der starken Wechselwirkung herangezogen werden. Hierbei handelt es sich um die linearen Sigma-Modelle mit O(4)-, U(2)r × U(2)-, U(3)r × U(3)- und U(4)r × U(4)-Symmetrie. Diese linearen Sigma-Modelle wurden zur Berechnung der Meson-Massen und Quark-Kondensate in Abhängigkeit von der Temperatur herangezogen. Hierzu wurden die Meson-Massen und Kondensate selbstkonsistent im Rahmen der Hartree-Näherung berechnet, die wiederum mit Hilfe des CJT-Formalismus hergeleitet wurde. Dies führte zum Studium verschiedener Symmetriebrechungsmuster der chiralen Symmetrie in den verschieden linearen Sigma-Modellen, wie sie in Tabelle 1.1 dargestellt wurden. Als erstes Ergebnis wurde dann der Fall maximaler Symmetriebrechung, nämlich die explizite Symmetriebrechung in Anwesenheit der U(1)A-Anomalie, besprochen. Hierbei wurden alle untersuchten Modelle miteinander verglichen, um den Einfluß der unterschiedlichen Anzahl von Quark-Flavors Nf auf die erzielten Ergebnisse zu diskutieren. Beim Vergleich des linearen O(4)- mit dem U(2)r×U(2)-Modell wird eine Verdopplung der physikalischen Freiheitsgrads augenfällig: zusätzlich zum Sigma-Meson und den Pionen, die schon im O(4)-Modell vorhanden sind, treten noch das &#951;-Meson und die a0-Mesonen. Dies führt dazu, daß in der chiral-restaurierten Phase die Mesonmassen stärker mit der Temperatur ansteigen. Der Grund hierfür sind die Tadpole-Beiträge der zusätzlichen Freiheitsgrade, zu den Mesonenselbstenergie beitragen und so zu einer Zunahme der Mesonmassen führen. Dies trifft auch zu, wenn man den Strange-Freiheitsgrad beim Übergang zum U(3)r × U(3)-Modell hinzufügt. Dies ist eine allgemeine Tatsache, solange die Massen der zusätzlichen Freiheitsgrade von der gleichen Größenordnung sind wie die Übergangstemperatur des chiralen Phasenüberganges. Das Hinzufügen des Charm-Freiheitsgrades im Rahmen eines U(4)r ×U(4)-Modells beeinflußt die Resultate für die bereits im U(3)r×U(3)-Modell vorhandenen Mesonen und Kondensate nicht wesentlich. Dies beruht letztendlich auf der großen Masse des Charm-Quarks, die weit über der Übergangstemperatur des chiralen Phasenüberganges liegt. In der Hartree-Näherung wird diesem Sachverhalt dadurch Rechnung getragen, daß die Tadpole-Beiträge der schwereren, das Charm-Quark enthaltenden Mesonen ex4.3 ponentiell mit der jeweiligen Mesonenmasse unterdrückt sind ~ exp(&#8722;M/T ). Umgekehrt ändern sich die Massen der das Charm-Quark enthaltenden Mesonen fast nicht gegenüber ihrem Vakuumwert auf der Temperaturskala, die für die chirale Symmetrierestauration eine entscheidende Rolle spielt. Dies beruht darauf, daß die Tadpole- Beiträge der anderen leichten, Mesonen klein sind für gegenüber den großen Vakuummassen der schweren, das Charm-Quark enthaltenden, Mesonen. Dieses Resultat entspricht den intuitiven Erwartungen, aber ist dennoch aus zweierlei Gründen nichttrivial: erstens sind die Gleichungen für die In-Medium-Massen im U(4)r × U(4)- Modell strukturell von denen im U(3)r × U(3)-Modell verschieden; zweitens stellen die gekoppelten Gleichungen für die Massen und Kondensate ein nichtlineares Gleichungssystem dar, was dazu führen könnte, daß auch kleine Störungen große Veränderungen der Lösung des Gleichungssystemes nach sich ziehen. Dann wurde sich dem Studium der expliziten chiralen Symmetriebrechung ohne U(1)A-Anomalie zugewandt. Der Hauptunterschied zum vorherigen Fall war, daß der Bereich des Phasenüberganges auf der Temperaturskala enger um die Übergangstemperatur konzentriert ist und der chirale Phasenübergang bei etwas kleineren Temperaturen einsetzt. Schließlich wurden die skalaren und pseudoskalaren Mesonen und die Quark-Kondensate im chiralen Limes untersucht. Die Hartree-Näherung sagt hierbei korrekterweise einen Phasenübergang erster Ordnung im Fall des U(2)r × U(2)-Modelles ohne U(1)A-Anomalie und im U(3)r×U(3)-Modell voraus. Im O(4)- und im U(2)r× U(2)-Modell mit U(1)A-Anomalie versagt allerdings die Hartree-Näherung: eigentlich sollte ein Phasenüberganges zweiter Ordnung auftreten, die Hatree-Näherung führt aber auch hier auch hier auf einen Phasenübergang erster Ordnung. Die Übergangstemperaturen sind überraschend nah an denjenigen die in Gittereichrechnungen vorhergesagt werden. Allerdings nimmt mit der U(1)A-Anomalie die Übergangstemperatur mit der Anzahl der Quarkflavors zu, wohingegen die Gittereichtheorie das umgekehrte Verhalten vorhersagt. Dieses Bild ändert sich in Abwesenheit der U(1)A-Anomalie. Hier stimmen die Vorhersagen für die Ordnung der Übergangstemperaturen mit der Anzahl der Quark-Flavors mit der QCD-Vorhersage überein. Dies mag ein Anzeichen dafür sein, daß die U(1)A-Symmetrie – zumindest partiell – in der Nähe der Übergangstemperatur des chiralen Phasenüberganges und darüberhinaus wiederhergestellt sein könnte. Zum anderen wurde die Wechselwirkung von Pionen und Rho-Mesonen im Medium untersucht. Dies wurde im Rahmen eines einfachen Pion-Rho-Vektormesondominanzmodelles vorgenommen. Für dieses Modell wurde eine selbstkonsistente Ein-Schleifen-Näherung für die Dyson-Schwinger-Gleichungen des Pions- und des Rho-Vektormesons hergeleitet. Die im Rahmen dieser Näherung den Dyson- Schwinger-Gleichungen äquivalenten selbstkonsistenten Integralgleichungen für die Spektraldichten und Selbstenergien wurden im CJT-Formalismus unter Verwendung der Saclay-Methode hergeleitet. Renormierungsfragen wurden durch die Beschränkung der Untersuchungen auf die Imaginärteile der Selbstenergien umgangen, damit treten in dieser Näherung keine Massenmodifikationen der Pionen oder des Rho-Vektormesons auf. Im Rahmen der Aufstellung der selbstkonsistenten Dyson- Schwinger-Gleichungen zeigte sich, daß eine Verletzung der Vierer-Transversalität des Selbstenergietensors der Rho-Vektormesons auftritt, die letztlich auf Verletzung der Eichsymmetrie des zugrundeliegenden Pion-Rho-Modells beruht. Dennoch konnte durch sachgerechte Eichung erreicht werden, daß der Tensor der Spektraldichte des Rho-Vektormesons auch in dieser Näherung vierer-transversal ist. Das so erhaltene Integralgleichungssystem wurde numerisch auf einem Energie- und Impulsgitter gelöst. Die Spektraldichten und Selbstenergien der Pionen sowie die Komponenten der Spektraldichten und Selbstenergien des Rho-Mesons wurden hiermit selbstkonsistent bestimmt. Eine sehr interessante Eigenschaft im Vergleich zu perturbativen Ein-Schleifen-Rechnungen in diesen Modellen ist, daß die räumlich-longitudinale und räumlichtransversale Komponente der Spektraldichte des Rho-Vektormesons auch für invariante Massen pP2 unterhalb der Zwei-Pionen-Schwelle pP2 < 2mPion nicht-verschwindende Beiträge erhalten. Dies rührt daher, daß nun in den Integralgleichungen für die Selbstenergiekomponenten des Rho-Mesons die pionische Spektralfunktion im Medium prinzipiell alle Energieanregungen mit einem thermischen Gewichtsfaktor zugänglich macht. Das Schwellenverhalten ist also ein Artefakt der perturbativen Ein-Schleifen-Näherung. Die selbstkonsistenten Spektraldichten des Rho-Meson wurden zur Berechnung der statischen, thermischen Dileptonenproduktionsrate herangezogen. Es ergab sich, daß aufgrund dieses Aufweichens der Zwei-Pion-Schwelle eine erhebliche Erhöhung der statischen Dileptonenproduktionsrate im Vergleich zur perturbativen Ein-Schleifen-Näherung im Bereich von invarianten Massen zwischen 300MeV < pP2 < 700MeV eintritt. Auch das in perturbativen Rechnungen auftretende Maximum im Bereich invarianter Massen von 700MeV < pP2 < 900MeV in der Dileptonenproduktionsrate ist aufgrund der Stoßverbreiterung in den Ergebnissen der selbstkonsistenten Rechnungen nicht mehr auszumachen. Insbesondere zeigt sich hier auch, daß eine rein perturbative Behandlung stark wechselwirkender Systeme bei endlichen Temperaturen und Dichten a priori nicht ausreichend für ein angemessenes physikalisches Verständnis der auftretenden Effekte ist. Die Anwendung von vielteilchentheoretischen Verfahren zur Herleitung von genäherten Dyson-Schwinger-Gleichungen ist deshalb von besonderer Wichtigkeit. Mit den Studien dieser zwei Modellklassen, nämlich zum einen der Modelle des chiralen Phasenüberganges in der starken Wechselwirkung, und zum anderen eines Vektormesondominanzmodelles für ein Pion-Rho-System bei endlichen Temperaturen mit Hilfe von Vielteilchenresummationsverfahren in selbstkonsistenten Näherungen konnten so interessante phänomenologische Einblicke in die Physik der stark wechselwirkenden Materie gewonnen werden. Darüberhinaus wurde ein theoretischer Beitrag zur Behandlung beliebiger bosonischer Systeme in der selbstkonsistenten Schleifen-Näherung für die Dyson-Schwinger-Gleichungen geleistet. Natürlich sind damit die Forschungen auf dem Gebiet der Beschreibung von Aspekten stark wechselwirkender Materie in effektiven Modelle mittels selbstkonsistenter Vielteilchenresummationsverfahren bei weitem nicht abgeschlossen. Vielfältige Entwicklungen auf diesem Forschungsgebiet sind auch in Zukunft zu erwarten. Zum Beispiel bleibt die Frage der Veränderung der Massen (Realteil der Selbstenergien) der Rho-Mesonen und Pionen im Medium in der selbstkonsistenten Schleifennäherung bisher noch unbeantwortet. Auch das Einbinden von Baryonen in diese Betrachtungen ist eine Aufgabe für die Zukunft. Schließlich können auch noch die Effekte der chiralen Symmetrierestauration einen wesentlichen Einfluß auf die Beschreibung der Dileptonenproduktion nehmen. Die vorliegende Arbeit läßt die begründete Hoffnung zu, daß bei der Behandlung dieser weitergehenden Fragen in selbstkonsistenten Resummationsschemata wichtige neue Erkenntnisse gewonnen werden könnten. Darüberhinaus bleibt die Frage eines eichinvarianten, numerisch tatsächlich mit Hilfe des aktuellen Standes der Computertechnologie realisierbaren Vielteilchenresummationsschemas, das bei allen Temperaturen und Dichten anwendbar wäre ein grundlegendes und offenes Problem der Forschung, das nicht nur für die Beschreibung effektiver Theorien sondern auch für die Untersuchung von Dyson-Schwinger-Gleichungen für fundamentale Theorien, wie der Quantenchromodynamik, von höchstem Interesse wäre.

In this thesis we investigate the role played by gauge fields in providing new observable signatures that can attest to the presence of color superconductivity in neutron stars. We show that thermal gluon fluctuations in color-flavor locked superconductors can substantially increase their critical temperature and also change the order of the transition, which becomes a strong first-order phase transition. Moreover, we explore the effects of strong magnetic fields on the properties of color-flavor locked superconducting matter. We find that both the energy gaps as well as the magnetization are oscillating functions of the magnetic field. Also, it is shown that the magnetization can be so strong that homogeneous quark matter becomes metastable for a range of parameters. This points towards the existence of magnetic domains or other types of magnetic inhomogeneities in the hypothesized quark cores of magnetars. Obviously, our results only apply if the strong magnetic fields observed on the surface of magnetars can be transmitted to their inner core. This can occur if the superconducting protons expected to exist in the outer core form a type-I I superconductor. However, it has been argued that the observed long periodic oscillations in isolated pulsars can only be explained if the outer core is a type-I superconductor rather than type-I I. We show that this is not the only solution for the precession puzzle by demonstrating that the long-term variation in the spin of PSR 1828-11 can be explained in terms of Tkachenko oscillations within superfluid shells.

Kernpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung der Eigenschaften des Vakuums und des Grundzustandes von Kernmaterie anhand eines effektiven Modells. Das Lineare Sigma-Modell mit globaler chiraler U(2)R ×U(2)L-Symmetrie wurde mit (Axial-)Vektormesonen sowie dem chiralen Partner des Nukleons, der mit der Resonanz N(1535) identifiziert wird, erweitert. Die Einführung des chiralen Partners in der Spiegel-Zuordnung ermöglicht die Untersuchung zweier verschiedener Erzeugungsprozesse der Baryonenmasse: durch spontane Symmetriebrechung sowie durch einen chiral invarianten Massenterm, parametrisiert durch m0. Die Parameter des Modells werden durch experimentelle Werte der Zerfallsbreiten von N∗ → Nπ und a1 → πγ und der axialen Kopplungskonstante des Nukleons gN A , sowie durch Lattice-Berechnungen von gN∗ A fixiert. Im Rahmen dieses Modells ergibt sich für den Massenparameter m0 ∼ 500 MeV, was darauf hin deutet, dass ein beträchtlicher Anteil der Baryonenmasse nicht durch das chirale Kondensat erzeugt wird. Das Modell wird anhand des Zerfalls N∗ → Nη sowie s-Wellen-πN-Streulängen a(±) 0 validiert und zeigt gute Übereinstimmung mit dem Experiment. In Kernmaterie wird m0 durch Kondensate anderer skalarer Felder ausgedrückt, z. B. dem Tetraquark-Kondensat. Der Einfluß dieses Kondensates auf dichte Materie wird untersucht. Die Nukleonenmassen hängen stark von den Kondensaten ab und verschwinden, so wie auch die Kondensate selbst, wenn die chirale Symmetrie wieder hergestellt ist.

Die Untersuchung der Natur auf extremen Längenskalen hat seit jeher zu bahnbrechenden Einsichten und Innovationen geführt. Insbesondere zu unserem heutigen Verständnis, dass Nukleonen (Protonen und Neutronen) aus Quarks zusammengesetzt sind, die infolge der starken Wechselwirkung, vermittelt durch Gluonenaustausch, gebunden sind. Mit dem Aufkommen des Quarkmodells wurde bald die Quantenchromodynamik (QCD) erfolgreich in der Beschreibung vieler messbarer Eigenschaften der starken Wechselwirkung. Um es mit Goethe zu sagen: mit den modernen Hochenergie-Beschleuniger-Experimenten wird versucht unser Verständnis davon zu verbessern, was die Welt im Innersten zusammenhält. Am Large Hadron Collider (LHC) werden beispielsweise Protonen derart beschleunigt und miteinander zur Kollision gebracht, dass bislang unerreichte Energiedichten auftreten, infolge derer Temperatur und baryochemisches Potential Werte annehmen, die mit denen des frühen Universums vergleichbar sind. Es gibt sowohl theoretische als auch experimentelle Hinweise darauf, dass hadronische Materie mit zunehmender Temperatur und/oder zunehmendem baryochemischen Potentials einen Phasenübergang durchläuft, hin zu einem exotischen Zustand, der als Quark-Gluon-Plasma bekannt ist. Dieser Übergang wird begleitet von einem sogenannten chiralen Übergang. Es ist eine wichtige Frage, ob es sich bei diesem chiralen Übergang um einen echten Phasenübergang (von erster bzw. zweiter Ordnung) handelt, oder ob ein sogenannter crossover vorliegt. Einige Resultate deuten auf einen crossover für verschwindendes baryochemisches Potential und einen Phasenübergang erster Ordnung für verschwindende Temperatur hin, lassen jedoch noch keinen endgültigen Schluss zu, ob dies tatsächlich der Realität entspricht. Wenn ja, so liegt die Annahme nahe, dass ein kritischer Endpunkt existiert, an dem der chirale Übergang von zweiter Ordnung ist. In der Tat existiert ein kritischer Endpunkt in einigen theoretischen Zugängen zur Beschreibung des chiralen Phasenübergangs, deren Aussagekraft seit jeher lebhaft diskutiert wird. Ein zentrales Ziel des zukünftigen CBM-Experiments an der GSI in Darmstadt ist es, die Existenz im Experiment zu überprüfen. In der Nähe des QCD-(Phasen)übergangs ist es die Abwesenheit jeglicher perturbativer Entwicklungsparameter, die exakte analytische Berechnungen verbietet. Das gleiche gilt für realistische effektive Modelle für QCD. Nichtperturbative Methoden sind daher unverzichtbar für die Untersuchung des QCD-Phasendiagramms. Zu den populärsten dieser Zugänge gehören Gitter-QCD, Resummierungsverfahren, der Dyson-Schwinger-Formalismus, sowie die Funktionale Renormierungsgruppe (FRG). All diese Methoden ergänzen sich gegenseitig und werden zum Teil auch miteinander kombiniert. Eine der Stärken der FRG-Methode ist, dass sie nicht nur erfolgreich auf effektive Modelle angewendet werden kann, sondern auch auf QCD selbst. Für letztere Ab-Initio-Rechnungen sind die aus effektiven Modellen für QCD gewonnenen Resultate von grossem Wert. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt auf der Fragestellung von welcher Ordnung der chirale Phasenübergang im Fall von genau zwei leichten Quarksorten ist. Problemstellungen wie die Suche nach einer Antwort auf die Frage nach den Bedingungen für die Existenz eines Phasenübergangs zweiter Ordnung, die Bestimmung der Universalitätsklasse in diesem Fall etc. erfordern Wissen aus verschiedenen Gebieten. Kapitel 1 besteht aus einer allgemeinen Einleitung. In Kapitel 2 stellen wir zunächst einige allgemeine Aspekte von Phasenübergängen dar, die von besonderer Relevanz für das Verständnis des Renormierungsgruppen-Zugangs zu ebendiesen sind. Unser Fokus liegt hierbei auf einer kritischen Untersuchung der Universalitätshypothese. Insbesondere die Rechtfertigung des linearen Sigma-Modells als effektive Theorie für den chiralen Ordnungsparameter beruht auf der Gültigkeit selbiger. Kapitel 3 beschäftigt sich mit dem chiralen Phasenübergang von einem allgemeinen Standpunkt aus. Wir ergünzen wohlbekannte Fakten durch eine detaillierte Diskussion der sogenannten O(4)-Hypothese. Die Überprüfung der Gültigkeit selbiger wird schließlich in Kapitel 6 und 7 in Angriff genommen. In Kapitel 4 stellen wir die von uns benutzte FRG-Methode vor. Außerdem diskutieren wir den Zusammenhang zwischen effektiven Theorien für QCD und der QCD selbst. Kapitel 5 behandelt ein mathematisches Thema, das für alle unserer Untersuchungen unabdingbar ist, nämlich die systematische Konstruktion polynomialer Invarianten zu einer gegebenen Symmetrie. Wir präsentieren einen einfachen, jedoch neuartigen, Algorithmus für die praktische Konstruktion von Invarianten einer gegebenen polynomialen Ordnung. Kapitel 6 widmet sich Renormierungsgruppen-Studien einer Reihe dimensional reduzierter Theorien. Von zentralem Interesse ist hierbei das lineare Sigma-Modell, insbesondere in Anwesenheit der axialen Anomalie. Es stellt sich heraus, dass die Fixpunkt-Struktur des letzteren vergleichsweise kompliziert ist und ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden Methode sowie ihrer Annahmen erfordert. Dies führt uns zu einer sorgfältigen Analyse der Fixpunkt-Struktur von Modellen verschiedenster Symmetrien. Im Zusammenhang mit der Untersuchung des Einflusses von Vektor- und Axial-Vektor-Mesonen stoßen wir hierbei auf eine neue Universalitä}tsklasse. Während wenig Spielraum für die Wahl der Symmetriegruppe der effektiven Theorie für den chiralen Ordnungsparameter besteht, ist die Identifizierung der Ordnungsparameter-Komponenten mit den relevanten mesonischen Freiheitsgraden hochgradig nichttrivial. Diese Wahl entspricht der Wahl einer Darstellung der Gruppe und kann zur Zeit nicht eindeutig aus der QCD hergeleitet werden. Es ist daher unerlässlich, verschiedene Möglichkeiten auszutesten. Eine wohlbekannte Wahl besteht darin, das Pion und seinen chiralen Partner, das Sigma-Meson, der O(4)-Darstellung für SU(2)_A x SU(2)_V zuzuordnen, welche einen Phasenübergang zweiter Ordnung erlaubt. Dieses Szenario ist jedoch nur dann sinnvoll, wenn nahe der kritischen Temperatur alle anderen Mesonen entsprechend schwer sind. Im Fall von genau zwei leichten Quarkmassen erfordert dies eine hinreichend große Anomaliestärke. Berücksichtigt man zusätzlich zum Pion und Sigma-Meson auch das Eta-Meson und das a_0-Meson, liefern unsere derzeitigen expliziten Rechnungen keinen Nachweis für die Existenz eines Phasenübergang zweiter Ordnung. Stattdessen spricht die Abwesenheit eines physikalischen (hinsichtlich der Massen) infrarot-stabilen Fixpunktes für einen fluktuationsinduzierten Phasenübergang erster Ordnung. Dieses Ergebnis ist auch zu erwarten (jedoch nicht impliziert), allein durch die Existenz zweier quadratischer Invarianten. Es besteht jedoch immer noch eine hypothetische Chance auf einen Phasenübergang zweiter Ordnung in der SU(2)_A x U(2)_V -Universalitätsklasse. Dies wäre der Fall, wenn der entsprechende von uns gefundene unphysikalische infrarot-stabile Fixpunkt physikalisch werden sollte in höherer Trunkierungsordnung. Interessanterweise finden wir bei endlicher Temperatur für gewisse Parameter einen Phasenübergang zweiter Ordnung. Es ist unklar, ob diese Wahl der Parameter in den Gültigkeitsbereich der dimensional reduzierten Theorie fällt. Erst vor kurzem (Ende September 2013) wurde die Existenz eines infrarot-stabilen U(2)_A x U(2)_V-symmetrischen Fixpunkts durch Pelissetto und Vicari verifiziert (die zugehörige anomale Dimension ist mit 0.12 angegeben). Dieses Resultat war sehr überraschend, da für zwei leichte Quarksorten und abwesende Anomalie ein Phasenübergang erster Ordnung relativ gesichert erschien, insbesondere durch die Epsilon-Entwicklung. Offensichtlich versagt letztere jedoch im Limes D=3, also für drei räumliche Dimensionen, da lediglich Fixpunkte gefunden werden können, die auch nahe D=4 existieren. Inspiriert durch diesen wichtigen Fund führen wir eine FRG-Fixpunktstudie in lokaler Potential-Näherung und hoher Trunkierungsordnung (bis zu zehnter Ordnung in den Feldern) durch. Die Stabilitätsanalyse besitzt jedoch leider keine Aussagekraft, da die Stabilitätsmatrix für den Gaußschen Fixpunkt marginale Eigenwerte besitzt. Wir sind überzeugt davon, dass dies nicht mehr der Fall ist, wenn man über die lokale Potential-Näherung hinausgeht und eine nichtverschwindende anomale Dimension zulässt. Die bisherigen Resultate verdeutlichen die Limitierungen der lokalen Potential-Näherung und der Epsilon-Entwicklung, auf denen unsere Untersuchungen zur Universalitätshypothese in weiten Teilen beruhen. Systematische Untersuchungen der Fixpunktstruktur von Modellen mit acht Ordnungsparameter-Komponenten wurden in der Literatur im Rahmen der Epsilon-Entwicklung durchgeführt und im Rahmen dieser Dissertation innerhalb der lokalen Potential-Näherung. Die meisten der Vorhersagen der Epsilon-Entwicklung konnten bestätigt werden, einige hingegen werden in Frage gestellt durch das Auftauchen marginaler Stabilitätsmatrix-Eigenwerte. Einige wichtige Fragestellungen können nicht im Rahmen einer dimensional reduzierten Theorie behandelt werden, da die explizite Temperaturabhängigkeit in diesem Fall eliminiert wurde. Insbesondere ist es in diesem Fall nicht möglich, die Stärke eines Phasenübergangs erster Ordnung vorherzusagen, da diese von Observablen (Meson-Massen und die Pion-Zerfallskonstante im Vakuum) abhängen, an die man bei verschwindender Temperatur fitten muss. Dieser Umstand führt uns zu solchen FRG-Studien, in denen die Temperatur als expliziter Parameter verbleibt. Ein beträchtlicher Teil der für die vorliegende Dissertation zur Verfügung stehenden Arbeitszeit wurde darauf verwendet, eigene Implementierungen geeigneter Algorithmen zur numerischen Lösung der auftretenden partiellen Differentialgleichungen zu finden. Exemplarische Routinen (welche ausschließlich wohlbekannte Methoden nutzen) sind in einem Anhang zur Verfügung gestellt. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit, die Anwendung auf effektive Modelle für QCD, wird in Kapitel 7 präsentiert. Unsere (vorläufigen) FRG-Studien des linearen Sigma-Modells mit axialer Anomalie bei nichtverschwindender Temperatur erlauben verschiedene Szenarien. Sowohl einen extrem schwach ausgeprägten, als auch einen sehr deutlichen Phasenübergang erster Ordnung, ganz abhängig von der Wahl der Ultraviolett-Abschneideskala und oben genannter Parameter. Sogar ein Phasenübergang zweiter Ordnung scheint möglich für gewisse Parameterwerte. Um verlässliche Schlussfolgerungen zu ziehen, sind weitere Untersuchungen nötig und bereits im Gange. In Kapitel 7 verifizieren wir außerdem bereits bekannte numerische Resultate für das Quark-Meson-Modell.

Ein zentraler Bestandteil der Teilchenphysik ist die Berechnung der Zerfallsbreiten bzw. Lebensdauern von Teilchen. Die meisten bekannten Teilchen sind instabil und zerfallen in zwei oder mehr leichtere Teilchen. Die Formel für die Berechnung einer Zerfallsbreite enthält zwei verschiedene Komponenten: Die kinematischen Faktoren, die lediglich vom Anfangs- und Endzustand abhängen und aus der Energie- und Impulserhaltung folgen, und die dynamischen Faktoren, die sich aus der Art der Wechselwirkung und eventuellen Zwischenstufen ergeben. Gibt es mehrere Zerfallskanäle, die zu den gleichen Endzuständen führen, so unterscheiden diese sich nur in den dynamischen Faktoren. Aus diesem Grunde werden kinematische und dynamische Faktoren getrennt, da nur letztere für die Analyse der Wechselwirkung relevant sind. Die kinematischen Faktoren von Zwei- und Dreikörperzerfällen haben einen fundamentalen Unterschied: Beim Zweikörperzerfall ist durch die Erhaltungssätze die Verteilung der Energien der Produktteilchen komplett festgelegt, während sie bei einem Dreikörperzerfall innerhalb bestimmter Grenzen variieren kann. Ein Dreikörperzerfall kann auf zwei verschiedeneWeisen auftreten: Bei einem direkten Zerfall entstehen gleichzeitig alle drei Endprodukte. Bei einem indirekten Zerfall zerfällt das Startteilchen zuerst in zwei Teilchen, von denen eines stabil ist und das andere erneut zerfällt. Im Falle des indirekten Zerfalls haben die resultierenden Teilchen eine andere Impulsverteilung als bei einem direkten Zerfall, woraus sich Informationen über den Zwischenzustand gewinnen lassen. Im ersten Kapitel dieser Arbeit widmen wir uns der expliziten Berechnung der Zerfallsbreite für die verschiedenen Fälle. Wir beschränken uns hier und in allen weiteren Rechnungen auf skalare und pseudoskalare Teilchen, bei denen keine Spineffekte auftreten. Die Zerfallsbreite eines Dreikörperzerfalls lässt sich in einer besonders praktischen Form, dem sogenannten Dalitz-Plot, darstellen. Hierbei sind alle kinematischen Faktoren konstant und eine Darstellung der Zerfallsbreite in Abhängigkeit der entsprechenden Variablen lässt direkten Aufschluss über die Art der Wechselwirkung zu. Die Form eines Dalitz-Plots sowie dessen Interpretation ist Gegenstand des zweiten Kapitels. Im dritten Kapitel beschäftigen wir uns kurz mit der Frage, welche Auswirkungen Prozesse höherer Ordnung auf den gesamten Zerfall haben. Hierbei beschränken wir uns auf die Betrachtung von Loopbeiträgen des Zwischenzustandes eines indirekten Zerfalls. Im letzten Kapitel werden wir die theoretischen Betrachtungen am Zerfall eines pseudoskalaren Glueballs anwenden. Ein Glueball ist ein gebundener Zustand aus Gluonen, den Austauschteilchen der starken Wechselwirkung. Da die Gluonen aufgrund der nichtabelschen Struktur der Farbsymmetriegruppe selbst Farbladung tragen, ist es theoretisch möglich, Zustände nur aus Gluonen zu konstruieren, die farbneutral sind und damit den Regeln des Confinements entsprechen. Im Falle der betrachteten Glueballs tritt ein weiterer interessanter Effekt auf: Da es mehrere Zerfallskanäle gibt, die zum gleichen Endzustand führen, treten Interferenzeffekte auf, deren Auswirkung auf das Gesamtergebnis näher untersucht wird.