Jenseits des hydrodynamischen Horizonts in der Entwicklung von kleinen und großen kollidierenden Systemen an Collidern

• Antragsteller: Dr. Seyed Farid Taghavi
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517518417

Bei Schwerionen-Kollisionen (z.B. Blei-Blei oder Gold-Gold) im Large Hadron Collider (LHC) und im Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) wird ein heißes, expandierendes System erzeugt. Dieses dehnt sich aus und kühlt ab, wobei es sich von einer Phase mit freien Quarks und Gluonen, dem so genannten Quark-Gluon-Plasma (QGP), zu finalen Hadronen entwickelt. Letztere können in den Detektoren nachgewiesen werden. Das QGP verhält sich wie eine nahezu perfekte Flüssigkeit, welche durch relativistische Hydrodynamik mit der kleinsten beobachteten Scher- und Volumenviskosität per Entropiedichte modelliert werden kann. Im Laufe der kollektiven Expansion entwickelt die Wechselwirkung der Freiheitsgrade eine Korrelation, die sich in einer Korrelation zwischen den finalen Hadronen widerspiegelt. Auf Hydrodynamik basierende Modelle beschreiben erfolgreich die in den Experimenten beobachteten Korrelationen. Die Beobachtung einer ähnlichen Korrelation zwischen Hadronen, die von viel kleineren Kollisionssystemen wie z.B. Proton-Proton und Proton-Blei emittiert werden, hat Debatten über den Ursprung der Kollektivität in solchen Szenarien ausgelöst. Studien zeigen, dass auf Hydrodynamik basierende Modelle bei Kollisionen in kleineren Systemen schlechtere Vorhersagen treffen. In diesen Systemen erwartet man jedoch kein thermalisiertes Medium. Um den wahren zugrundeliegenden Mechanismus der kollektiven Expansion zu erklären, bedarf es daher eines Modells, welches über Hydrodynamik hinausgeht. Diesbezüglich gibt es Studien zur Entwicklung eines Modells, welches auf kinetischer Theorie mit Isotropisierungszeitnäherung (KTITA) basiert und in Systemen anwendbar ist, welche in einem Zustand außerhalb des thermischen Gleichgewichts sind und sich dem Gleichgewicht nähern. Mit Hilfe der KTITA kann man untersuchen, ob das Verhalten des Systems flüssigkeitsähnlich ist oder ob teilchenähnliche Anregungen seine Dynamik bestimmen. Das Hauptziel des aktuellen Projekts besteht darin, einen Ereignisgenerators auf der Grundlage von KTITA zu entwickeln. Unter den zahlreichen Schwerionenmodellen, welche Kollektivität beinhalten, wird dieser Ereignisgenerator einzigartig sein. Er wird in der Lage sein sowohl kleine Systeme, die sich teilchenartig verhalten, und große Systeme, die sich flüssigkeitsartig verhalten, zu erklären. Das Modell kann eine Brücke zwischen experimentellen Messungen und theoretischen Studien schlagen, um die flüssigkeitsähnliche/teilchenähnliche Natur von Kollisionen großer und kleiner Systeme quantitativ zu analysieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Finnland, Norwegen, Schweiz
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. DongJo Kim; Professor Eero Aleksi Kurkela, Ph.D.; Dr. Cindy Mordasini; Jasper Parkkila, Ph.D.; Professor Dr. Urs Wiedemann
• Mitverantwortliche: Ante Bilandzic, Ph.D.; Professorin Dr. Laura Fabbietti