Tomographie des Quark-Gluon Plasmas mit schweren Quarks

• Applicant: Professorin Dr. Elena Bratkovskaya
• Subject Area: Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2013 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 230840978

Die Analyse der experimentellen Daten von den Schwerionenbeschleunigern bei SPS, RHIC und LHC Energien hat einen starken Hinweis auf die Erzeugung eines neuen Zustands der Materie, d.h. eines stark wechselwirkenden Plasmas von Quarks und Gluonen (QGP) gegeben. Dieser neue Zustand existiert nur für kurze Zeit ( ~ 10 fm/c) bevor er in Hadronen ausfriert, die letztendlich von den Detektoren registriert werden. Das Ziel des Projektes ist das Studium der Eigenschaften des QGP mit schweren Quarks - charm und beauty (c,b) - als nahezu geradlinige Proben. Die schweren Quarks (und entsprechend die Mesonen mit charm und beauty) werden als optimale Proben zu diesem Zweck betrachtet: i) wegen ihrer schweren Masse werden sie vorwiegend durch harte Prozesse in der anfänglichen QGP-Phase erzeugt; ii) die Anfangs-Impulsverteilung kann in störungstheoretischer QCD (pQCD) berechnet werden; iii) während der Propagation durch das Plasma sind diese Quarks nicht im thermischen Gleichgewicht mit ihrer Umgebung, da ihre Wechselwirkung mit den leichten Partonen nicht stark genug ist; iv) der asymptotische Impuls der schweren Mesonen (D und B) is weitgehend unabhängig von den Details der Hadronisierung. Um dieses Ziel zu erreichen werden wir die Dynamik der schweren Quarks in das existierende Parton-Hadron-String-Dynamik (PHSD) Transportmodell implementieren, welches explizite partonische Freiheitsgrade in Form von stark wechselwirkenden Quasiteilchen (Quarks und Gluonen) beinhaltet. Letztere erfüllen die Zustandsgleichung der Gitter-QCD bei endlichen Temperaturen im Gleichgewicht. PHSD beschreibt zudem die Hadronisierung dynamisch und beinhaltet weiterhin die Kollisionsdynamik der Hadronen bis zum finalen Ausfrieren der Hadronen. Da PHSD die Dynamik leichter Quarks (und Hadronen) in Schwerionenkollisionen von unteren SPS bis LHC Energien erfolgreich beschreibt, bietet es daher eine zuverlässige Modellierung der Erzeugung, Ausdehnung und Hadronisierung des QGP mit welchem die schweren Quarks wechselwirken. Das Transportmodell wird die Trajektorien der schweren Quarks explizit berechnen wie auch deren Wechselwirkungen mit den leichten Quarks. Die entsprechenden Wirkungsquerschnitte werden dazu in pQCD berechnet. Nach der Hadronisierung wechselwirken die Charm-Mesonen (D) und Beauty-Mesonen (B) mit ihrer hadronischen Umgebung noch leicht bevor sie die Detektoren erreichen. Ein Vergleich dieses erweiterten PHSD Modells mit gegenwärtigen und zukünftigen experimentellen Daten wird eine detaillierte Untersuchung der Eigenschaften des QGP erlauben. Insbesondere der Energieverlust und der elliptische Fluss konnten bislang als sensitive Proben des QGP während der Expansion identifiziert werden. Die Erweiterung von PHSD auf die Charm und Beauty Physik wird es weiterhin ermöglichen, direkt die verschiedenen Observablen mit leichten und schweren Mesonen zu vergleichen und daher einen umfassenden Blick auf die Reaktionsdynamik sowie die Eigenschaften des QGP zu liefern.

• DFG Programme: Research Grants