Hadron Formation in Relativistic Nuclear Collisions, and the Phase Diagram of QCD Matter

• Applicant: Professor Dr. Reinhard Stock
• Subject Area: Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2013 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 226167684

Kollisionen schwerer Kerne, bei relativistischen Energien, erzeugen ein "Feuerball"-Volumen aus stark wechselwirkender Materie bei hoher Energiedichte. Bei einer bestimmten kritischen Energiedichte weicht das anfängliche hadronische Confinement der Partonen einem neuen Zustand mit mobilen Partonen: dem sogenannten "Quark-Gluon Plasma", das von der nicht pertubativen Quantenchromodynamik (QCD) vorhergesagt wird. Sein Existenzbereich und seine detaillierten Eigenschaften stellen einen noch relativ unbearbeiteten Sektor der Theorie der starken Wechselwirkung dar. Dies ist der Forschungsbereich der relativistischen Kernkollisions Studien. Bei hohen Kollisionsenergien emittiert der Plasma-Feuerball alle bekannten Sorten von Hadronen, Leptonen und Resonanzen des Standardmodells. Experimente, die sich auf die Messung der hadronischen Zusammensetzung des Endzustandes spezialisieren, ermitteln einen sogenannten Hadronisierungspunkt, der in der Ebene von Temperatur T und Baryochemischem Potential mu(B) (der Netto-Baryon Dichte) liegt. Dieses geschieht mit Hilfe des statistischen Hadronisierungsmodells, das von R. Hagedorn eingeführt wurde. In dieser Ebene stellen wir gewöhnlich das "Phasendiagramm der QCD" dar. Für dieses Diagramm erhält man in der nicht pertubativen QCD insbesondere die Position und Eigenschaften der Parton-Hadron Koexistenzlinie in T und mu(B). Diese Linie könnte einen kritischen Punkt der QCD aufweisen und ebenso verschiedene Zweige, die verschiedene hypothetische QCD-Zustände eingrenzen. Diesen theoretischen Ergebnissen stellen wir die semi-empirisch gewonnenen Hadron-Entstehungs- oder Freeze-Out Punkte gegenüber, die zusammen die sogenannte hadronische Freeze-Out Kurve in der (T,mu(B)) Ebene bilden. Die Beziehung dieser Kurve zu der theoretischen QCD Koexistenzlinie ist das Thema der hier vorgeschlagenen Studien. Als Mitglieder des Experiments STAR am RHIC Collider werden wir neue Hochpräzisionsdaten aus den laufenden RHIC Niederenergie-Strahlzeiten gewinnen. Diese werden ergänzt durch Daten letzter Hand unseres früheren NA49 Experiments am CERN. Damit wollen wir eine neue (korrigierte) Bestimmung der hadronischen Freeze-Out Kurve erreichen, insbesondere im Intervall 200 < mu(B) < 450 MeV. Dabei liegt unser Interesse darin, ein mögliches nicht monotones Verhalten der Freeze-Out Kurve zu dokumentieren, das in Beziehung stehen könnte zu dem hypothetischen kritischen Punkt der QCD. Und zwar durch einen Refokusierungseffekt der Expansionstrajektorie am kritischen Punkt in der Nähe der Phasengrenze. Ausser neuen bzw. revidierten Daten werden wir das statistische Modell und das mikroskopische Transportmodell (UrQMD) benutzen.

• DFG Programme: Research Grants