Tesis Doctorado
Solitones gravitantes y solitones cargados en el modelo de Skyrme
Gravitating solitons and gauged solitons in the Skyrme model
Registration in:
21151067
Author
Vera Serón, Aldo Javier
Institutions
Abstract
En esta tesis doctoral se construyen y analizan soluciones, tanto analíticas como numéricas, de solitones gravitantes y solitones cargados en el modelo de Skyrme para los grupos de simetrı́a internos SU(2) y SU(3). Cuando el modelo de Skyrme es acoplado a la teoría de Maxwell, veremos que es posible construir dos tipos de configuraciones analíticas. La primera de estas correponde a solitones topológicos car- gados en un volumen finito. Primero mostramos que usando ansätze apropiados para el campo de Skyrme y el potencial de Maxwell, el sistema de ecuaciones de campo puede ser reducido a una única ecuación de Heun, la que entrega una descripción analítica completa de estos solitones. Dependiendo del ordenamiento en las coordenadas del espacio-tiempo y de la hipersuperficie sobre la que se integra la densidad de carga topológica, estos solitones pueden describir tanto skyrmiones cargados como cristales de tiempo. En ambos casos estudiaremos sus principales propiedades. En este mismo contexto, también mostramos que la inclusión de una dependencia temporal en el ansatz para el campo de materia permite construir soluciones que describen multi-solitones carga- dos con estructura cristalina dentro de un volumen finito. Estas configuracion son particularmente interesantes pues pueden constituir diferentes arreglos con alta carga topológica para un valor fijo del volumen en el que están confinados. Si bien estas soluciones existen solo cuando el término de Skyrme se anula, mostraremos que esta construcción es también posible cuando se agrega un término de masa al modelo. Por otro lado, cuando la teoría de Skyrme es acoplada a relatividad general, estudiaremos la con- strucción de dos tipos de soluciones. El primer conjunto, construido de forma numérica, corresponde a familias de solitones sin carga topológica en un espacio-tiempo esféricamente simétrico dentro de una cavidad. Estos solitones, que pueden ser interpretados como estrellas de bosones, aparecen como dos ramas posibles en las ecuaciones de campo de la teoría, una analítica y otra no analítica en la constante de acoplamiento de Skyrme. Para ambas ramas calculamos la energía del solitón y su carga asociada a la simetría U(1). En el segundo caso consideraremos la teoría Einstein SU(3)-Skyrme con constante cosmológica. Los solitones aquí construidos poseen carga topológica B = 4, y relacionan las constantes de acoplamiento de la teoría con el radio de la esfera de la métrica considerada, la que también puede ser promovida a una métrica con dependencia temporal. Veremos además cómo el ansatz puede ser modificado para construir dibariones en un volumen finito en el límite plano. In this doctoral thesis, are constructed and analyzed both analytical and numerical solutions of gravitating solitons and gauged solitons in the Skyrme model for the internal symmetry groups SU(2) and SU(3). When the Skyrme model is coupled to Maxwell’s theory, we will see that it is possible to construct two types of analytic configurations. The first of these corresponds to gauged topological solitons in a finite volume. First we show that using appropriate ansätze for the Skyrme field and Maxwell’s potential, the field equations system can be reduced to a single Heun equation, which gives a complete analytic description of these solitons. Depending on the arrangement in the space-time coordinates and the hypersurface on which the topological charge density is integrated, these solitons can describe charged skyrmions and time crystals. In both cases we will study its main properties. In the same context, we also show that the inclusion of a temporal dependency in the ansatz for the matter field allows to construct solutions that describe gauged multi-solitons with crystalline structure within a finite volume. These configurations are particularly interesting because they can constitute different arrangements with high topological charge for a fixed value of the volume in which they are confined. Although these solutions exist only when the Skyrme term vanish, we will show that this construction is also possible when a mass term is added to the model. On the other hand, when the Skyrme theory is coupled to general relativity, we will study the construction of two types of solutions. The first set, constructed in a numerical way, corresponds to families of solitons without topological charge in a spherically symmetric space-time within a cavity. These solitons, that can be interpreted as boson stars, appear as two possible branches in the field equations of the theory, one branch analytic in the Skyrme coupling constant and the other not. For both branches we calculate the energy of the soliton and its charge associated to the U (1) symmetry. In the second case we will consider the Einstein SU(3)-Skyrme model with cosmological constant. The solitons here constructed have topological charge B = 4, and relate the coupling constants of the theory with the radius of the sphere of the metric considered, which can also be promoted to a metric with temporal dependence. We will also see how the ansatz can be modified to construct dibarions in a finite volume in the flat limit. PFCHA-Becas PFCHA-Becas