Eigenschaften und Signaturen des stark gekoppelten Quark-Gluon-Plasmas in einer verallgemeinerten Quasiteilchen-Beschreibung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Phasenübergang von einem Quark-Gluon Plasma (QGP), d.h. von einem stark wechselwirkenden System von Quarks und Gluonen, zu einem System von wechselwirkenden Hadronen ist gegenwärtig einer der zentralen Fragestellungen der Hadronen- und Kernphysik. Dieser Phasenübergang trat kurz nach dem 'Urknall' in der Entstehung des Universums auf. Es wird gegenwärtig versucht, in ultrarelativistischen Schwerionenreaktion am CERN in Genf und am RHIC in Brookhaven 'Mini-Urknälle' unter kontrollierten Laborbedingungen experimentell zu analysieren. Dieses Programm wird in Zukunft auch an FAIR im Rahmen der CBM Experimente bei hohen Baryonendichten weitergeführt, um insbesonderen einen kritischen Punkt im QCD Phasendiagramm zu bestimmen. Im Förderzeitraum richtete sich das Interesse der Arbeitsgruppe auf eine effektive Beschreibung der Freiheitsgrade in der partonischen Phase bei Temperaturen oberhalb der kritischen Temperatur sowie auf eine dynamische Beschreibung der Hadronisierung in der Nähe des Phasenüberganges, d.h. des Überganges von partonischen zu farbneutralen hadronischen Zuständen, deren Zerfallsprodukte experimentell beobachtbar sind. Zu diesem Zweck wurde das Dynamical QuasiParticle Modell (DQPM) entwickelt, welches die thermodynamischen Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas- in Übereinstimmung mit Gitter-QCD Rechnungen - sehr gut (mit nur drei Parametern) beschreibt und auch bei moderatem quark-chemischen Potential mq einsetzbar ist. Allerdings liefert das DQPM keinen kritischen Punkt im QCD-Phasendiagramm, so dass eine Erweiterung des DQPM im Rahmen einer Virialentwicklung formuliert wurde. Hier sind allerdings noch weitere Verbesserungen erforderlich. Zur mikroskopischen Beschreibung von Schwerionenreaktionen wurde die Parton- Hadron-Strings-Dynamik (PHSD) formuliert, welche auf dem DQPM in der partonischen Phase und dem bekannten HSD Modell in der hadronischen Phase basiert. Der Hadronisierungsprozeß erfolgt über lokale kovariante Ratengleichungen, welche explizit die Energie-Impulserhaltung sowie die Flavorstromerhaltung beinhalten. Zudem zeigten die numerischen Rechnungen für expandierende partonische Feuerbälle sowie für Schwerionenreaktionen bei relativistischen SPS Energien, dass im Hadronisierungsprozeß Entropie erzeugt wird im Einklang mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Damit ist eine erste konsistente dynamische Beschreibung der Hadronisierung gelungen. Weiterhin ist zu bemerken, dass die Partonendynamik in PHSD auf einer Zustandsgieichung in Übereinstimmung mit Lattice-QCD Rechnungen basiert, so das die Partonen - neben elastischen und inelastischen Reaktionen - auch in einem selbstkonsistenten raum-zeitabhängigen mittleren Feld propagieren. Die expliziten Ergebnisse der PHSD Dynamik bei relativistischen Schwerionenreaktionen sind in sehr guter Übereinstimmung mit experimentellen Daten der NA49 Kollaboration bei SPS Energien, so dass jetzt erstmals ein konsistentes Transportmodell mit partonischen und hadronischen Freiheitsgraden vorliegt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Dynamical quasiparticle properties and effective interactions in the sQGP, Nucl. Phys. A795 (2007) 70
W. Cassing
- QCD thermodynamics and confinement from a dynamical quasiparticle point of view, Nucl. Phys. A791 (2007) 365
W. Cassing
- Parton transport and hadronization from the dynamical quasiparticle point of view, Phys. Rev. C 78 (2008) 034919
W. Cassing, E. L. Bratkovskaya
- From Kadanoff-Baym dynamics to off-shell parton transport, Eur. Phys. J. ST 168 (2009) 3-87
W. Cassing
- Parton dynamics and hadronization from the sQGP. Prog. Part. Nucl. Phys. 62 (2009) 359
W. Cassing, E. L. Bratkovskaya, Y.-Z. Xing
