Thermodynamic properties of QCD matter and multiplicity fluctuations

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Ma, Hong-Hao [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Equação de estado; Transição de fase QCD; Ponto final crítico; Transformações de fase (Física estatística); Flutuação (Física); Equation of state; QCD phase transition; Critical end point; fluctuation
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/190985

Uma característica vital da cromodinâmica quântica (QCD) está relacionada à simetria quiral. Isso é particularmente intrigante devido ao papel crítico da simetria quiral não abeliana dos spinores de Lorentz na física teórica moderna. Muitos esforços teóricos foram dedicados à sua quebra espontânea no vácuo, bem como a restauração da mesma no ambiente extremamente quente ou denso. Além disso, quarks e glúons tornam-se os graus de liberdade relevantes por meio da transição de desconfinamento do estado dos hádrons. O significado desta última está intimamente ligado às implicações da equação de Callan-Symanzik e à teoria do grupo renormalizado. No entanto, em princípio, ambas as transições acima podem ser descritas pela QCD. Os estudos da QCD na rede demonstraram que a transição do sistema é um cruzamento suave com a densidade bariônica nula e a massa de quarks estranhos grandes. No potencial químico finito, por outro lado, uma variedade de modelos prevê a ocorrência de uma transição de fase de primeira ordem entre a fase hadrônica e o plasma de quarks e glúons (QGP). Esses resultados indicam que um ponto crítico (CEP) pode estar localizado em algum lugar no diagrama de fases da QCD no qual a linha de transições de fase de primeira ordem termina. Espera-se que a transição seja de segunda ordem neste caso. De fato, entre outros objetivos estabelecidos, o programa Beam Energy Scan (BES) em andamento no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) é impulsionado pela busca do CEP. Nesta tese, exploramos alguns tópicos relacionados às propriedades termodinâmicas da matéria QCD no contexto de colisões de íons pesados. Esses estudos são, até certo ponto, motivados a alcançar uma melhor compreensão do diagrama de fases, enquanto fazem parte do esforço de busca pelo CEP. Em particular, investigamos a consistência termodinâmica do modelo de quasipartículas no potencial químico bariônico nulo e não-nulo, bem como as flutuações da razão de partículas e de multiplicidade. Entende-se que uma fase desconfinada de matéria QCD foi atingida no colisor de íons pesados ​​ultra-relativista. Embora o modelo de sacola MIT seja simplificado demais e incapaz de descrever a equação de estado (EoS) de QGP obtida pelas simulações da QCD na rede, os cálculos de QCD perturbativa (pQCD) são confiáveis ​​apenas a temperaturas extremamente altas. Nesse contexto, o modelo de quase-partícula é uma ferramenta valiosa para acomodar tanto a noção de graus efetivos de liberdade quanto os dados da QCD na rede. Como uma abordagem efetiva, o modelo é capaz de descrever as propriedades termodinâmicas do QGP em uma ampla faixa de temperatura $ T $ e potencial químico bariônico $ \mu $. No entanto, como apontado por Gorenstein e Yang, a consistência termodinâmica apresenta um problema, pois coloca uma restrição não trivial à EoS em questão. Sua receita foi proposta a originalmente para o potencial químico bariônico nulo, enquanto vários autores generalizaram a abordagem para o caso com a densidade bariônica finita. Nestas, revisamos a questão relativa à autoconsistência termodinâmica do modelo de quase-partículas, com potencial químico bariônico finito, adaptado aos cálculos da QCD na rede. Aqui, investigamos a possibilidade da massa efetiva de quase-partículas também ser uma função de seu momento, $ k $, além da temperatura $ T $ e do potencial químico $ \mu $. Verifica-se que a consistência termodinâmica pode ser expressa em termos de uma equação integro-diferencial em termos de $ k $, $ T $ e $ \mu $. Discutimos ainda duas soluções especiais, ambas podem ser vistas como condição suficiente para a consistência termodinâmica, enquanto expressas em termos de uma equação diferencial parcial. O primeiro caso mostra-se equivalente aos discutidos anteriormente por Peshier $et~al$. O segundo, obtido por meio de uma suposição $ad~hoc$, é uma solução intrinsecamente diferente em que a massa das partículas é dependente do momento. Essas equações podem ser resolvidas usando a condição de contorno determinada pelos dados da QCD na rede com potencial químico nulo. Pelos cálculos numéricos, mostramos que ambas as soluções podem reproduzir razoavelmente os resultados recentes da QCD na rede das Colaborações Wuppertal-Budapest e HotQCD, e em particular os relativos à densidade bariônica finita. O programa BES realizado no RHIC é dedicado a explorar o diagrama de fases da matéria nuclear que interage fortemente. Em termos de colisões Au+Au com energias relativamente baixas, estão sendo realizadas medidas precisas para a região da matéria QCD com a sua densidade bariônica alta. Intuitivamente, deve-se procurar quantidades sensíveis à física subjacente enquanto acessíveis experimentalmente. Os cumulantes de ordens mais elevantes das cargas conservadas e as suas combinações, como as taxas de cumulantes, nessa conta, tornam-se observáveis ​​focados. Essas quantidades cumprem os requisitos, pois carregam informações vitais no meio primordial criado nas colisões. Além disso, argumentou-se que eles são sensíveis à estrutura de fases da questão QCD e, em particular, ao paradeiro do CEP. Nesse sentido, recentemente, as flutuações da multiplicidade chamaram muita atenção como um dos principais observáveis. Nesta tese, estudamos os aspectos não críticos das flutuações da multiplicidade em colisões de íons pesados, empregando um modelo hidrodinâmico. A abordagem atual é aprimorada principalmente nas abordagens existentes do modelo HRG, que levam em consideração flutuações térmicas, correção de volume finito e decaimento de ressonâncias. Nosso modelo é focado nos aspectos da expansão hidrodinâmica do sistema e nas flutuações de estado inicial evento a evento (EbE). Calculamos as flutuações da razão de partículas de $ K / \pi $, $ K / p $, e $ p / \pi $ usando o código hidrodinâmico SPheRIO com ou sem as condições iniciais (IC) flutuantes EbE. Além disso, também são avaliadas as flutuações de multiplicidade de prótons, kaon líquido e carga líquida. Os resultados obtidos são então comparados com os dos modelos HRG, UrQMD e os dados experimentais da colaboração STAR. Em geral, relativo aos dados existentes, os resultados obtidos pelo SPheRIO são razoáveis ​​em comparação com as demais abordagens. Em particular, observa-se que as IC EbE podem causar um efeito considerável, que pode não apenas ultrapassar as flutuações térmicas, mas também superestimar os dados. Por sua vez, isso implica potencialmente um requisito mais rigoroso para o gerador de eventos em relação às flutuações EbE.