Дисертації з теми "Quark gluon plasma phase transition"

L’étude du diagramme de phase de la matière nucléaire est souvent non triviale. Cette thèse tente de décrire la transition de phase créée dans les accélérateurs de particule, à haute température et faible densité baryonique. Si les accélérateurs de particules peuvent être vus comme les microscopes de la matière, on ne peut néanmoins pas observer directement la transition de phase. On va donc utiliser un modèle théorique pour reproduire ce phénomène. Les processus qui interviennent lors de la transition sont de basse énergie, là ou la théorie standard, la Chromodynamique Quantique (QCD) ne peut plus s’appliquer de manière perturbative. Je vais donc présenter et utiliser un modèle plus simplifie de cette théorie : le modèle de Nambu et Jona-Lasinio (NLJ). Ce modèle permet de décrire les particules fondamentales de la matière, puis ensuite leur hadronisation, via des sections efficaces ainsi que la construction de la masse des hadrons. Finalement on utilise les masses et sections efficaces de ce modèle dans un nouveau code de simulation base sur la dynamique moléculaire relativiste. La présentation de ce modèle passe d’abord par la justification de son aspect relativiste, puis par l’explication de ses algorithmes. Les résultats de ces simulations sont finalement analyses et compares aux données du RHIC. La phénoménologie des résultats non observables est également discutée
The study of the phase diagram of nuclear matter is often not trivial. This thesis attempts to describe the phase transition created in accelerators of particles, at hightemperature and low baryonic density. If accelerators of particles can be seen as the microscopes of the matter, nevertheless we can not directly observe the phase transition. So we will use a theoretical model to reproduce this phenomenon. The processes involved in the transition are of low energy, where the standard theory Quantum Chromodynamics (QCD)- can not be applied in a perturbative way. I will therefore present and use a more simplified model of this theory : the model of Nambu and Jona-Lasinio (NLJ). This model can describe the fundamental particles of matter and their subsequent hadronization via cross sections and the construction of the mass of hadrons. Finally we use the masses and cross sections of this model in a new simulation code based on relativistic molecular dynamics. The presentation of this model begins with the justification of its relativistic aspect, then the explanation of its algorithms. The results of these simulations are finally analyzed and compared with data from RHIC. The phenomenology of non-observable results is also discussed

Le plasma de quarks et de gluons (QGP) est un état de la matière observe lors de la collision d'ions lourds dans les accélérateurs tels que le LHC. Il est présent à haute température et/ou à haute densité, les quarks sont alors déconfinés : libres de se mouvoir et interagissant très peu entre eux. A basse température et basse densité, les quarks sont, au contraire, confines dans les hadrons formant la matière hadronique ordinaire. La présence d'une transition entre cette phase hadronique et le QGP a des conséquences importantes que ce soit 'a haute température (expériences RHIC et LHC) ou a haute densité (expérience CBM à FAIR, étude des étoiles compactes). Une première transition de phase est liée à la brisure de la symétrie chirale. Dans la matière hadronique, cette symétrie est brisée spontanément. Elle est restaurée en augmentant la température ou la densité. Au delà de la discussion habituelle sur la transition chirale, nous utiliserons un modèle, le modèle Polyakov Nambu Jona-Lasinio permettant de décrire une deuxième transition : la transition de deconfinement. Ceci permettra de séparer le diagramme Temperature-Densité en trois phases distinctes : la phase hadronique ou les quarks sont confines et o'u la symétrie chirale est brisée, la phase du QGP ou les quarks sont d'confines et o'u la symétrie chirale est restaurée et une phase hypothétique dite quarkyonique à basse température et haute densité ou les quarks sont encore confines mais ou la symétrie chirale est restaurée. On décrira, dans un premier temps les différentes transitions à l'aide des paramètres d'ordre suivant : le condensat de quark pour la transition chirale et la boucle de Polyakov pour le déconfinement. On verra ensuite comment l'évolution des fonctions spectrales des mésons sigma et pi peut nous renseigner sur le diagramme de phase. Le critère de transition chirale sera alors la différence entre les masses de ces mésons, la masse étant prise comme étant le maximum de la fonction spectrale. Le critère de transition de deconfinement sera, quant à lui, l'écart-type de la fonction spectrale. Enfin, nous verrons comment intégrer les mésons vecteurs au modèle, en particulier le méson rho, qui pourra jouer le rôle de sonde du plasma, ses propriétés étant modifiées suivant le milieu dans lequel il est émis
The quark and gluon plasma (QGP) is a state of matter observed in the collision of heavy ions in accelerators such as the LHC. It is formed at high temperature and / or high density, quarks are then deconfined : free to move and interacting very little with each other. At low temperature and low density, the quarks are, however, confined within hadrons forming the ordinary hadronic matter. The presence of the phase transition between hadronic matter and the QGP has observable consequences whatsoever at high temperature (RHIC and LHC experiments) or high density (FAIR experience, study of compact stars). A first phase transition is linked to the chiral symmetry breaking. In hadronic matter, this symmetry is spontaneously broken. It is restored by increasing the temperature or the density. Beyond the usual discussion on the chiral transition, we use a model called Polyakov Nambu Jona-Lasinio for describing a second transition, the deconfinement transition. This allows to separate the temperature-density diagram in three distinct phases : the hadronic phase where quarks are confined and where chiral symmetry is broken, the phase of the QGP where quarks are deconfined and chiral symmetry is restored and a hypothetical phase called quarkyonic at low temperature and high density in which quarks are confined but where chiral symmetry is still restored. We will describe, at first, the various transitions using the following order parameters : the quark condensate for the chiral transition and the Polyakov loop for the deconfinement one. Then we will see how the evolution of the spectral functions of sigma and pi mesons can provide information on the phase diagram. The chiral transition criterion will be the difference between the masses of these mesons, the mass being taken as the maximum of the spectral function. And the criterion for the deconfinement transition will be the standard deviation (also called variance) of the spectral function. Finally, we discuss how the vector mesons fit in the model, especially the meson, which can act as a probe of plasma properties which are modified by the environment from which it is issued

Ultra—Relativistic Heavy—Ion Collisions (URHIC) have provided us the opportunity to search for the signal of quark-gluon plasma (QGP) in the laboratory. Such collisions, “little bang”, can offer a very similar situation to “Big Bang” to produce very high energy density and temperature in a very small region. In this special region, quarks and gluons will not be confined and phase transition can occur in a very short time after collision. Theoretical research predicted that different signals (such as chiral symmetry, multiplicity fluctuation, heavy quarkonia suppression and HBT effect...) will be obtained from final particle produc— tion if quark-gluon plasma can be produced after a nucleus-nucleus collision. Experimental explorations in this direction started at the end of 1986 with fixed target experiments at SPS/CERN and AGS/BNL. A dozen experiments have been run over about one and half decades. Many exciting experimental results have been obtained in different measurements from different experimental groups who are running at the SP3 and AGS. However, no one has yet captured a clean and unambiguous signal of quark-gluon plasma formation.

The interplay of thermodynamic properties of strongly interacting matter and its emission of photons is investigated. For this purpose the Lagrangian of the quark meson model (in the literature also dubbed "linear sigma model" or "linear sigma model with quarks") is extended by an electromagnetic sector. Based on this extended Lagrangian both the grand-canonical potential and the generating functional of correlation functions are calculated in a consistent manner. From the former, the phase structure and various thermodynamical properties are determined. Especially, the dependence of certain landmarks (critical point, intersections of the phase boundary with the coordinate axes, etc.) of the phase diagram with respect to the model parameters is investigated in detail. With the help of the generating functional in turn, the photon propagator can be computed whose imaginary part is connected to the emission rate of photons. The leading order of the result with respect to the number of participating particles and the power of the quark-meson coupling is expressed in terms of tree level diagrams, which are calculated likewise. On this basis, the photon emissivity with respect to temperature, chemical potential and photon frequency is calculated and analyzed addressing various questions. The dependence of the particle masses with respect to temperature and chemical potential leaves notable imprints on the emissivities of the individual production processes. Especially a first-order phase transition can easily be identified, since, there, the emissivity may jump - depending on the temperature - by a factor of about ten. Contrarily, within our analysis, we do not find signatures in the photon emissivities that specifically mark a critical end point. Moreover, it is investigated on which parameters the photon emission rate depends in the low- and high-frequency regions. With these results the behavior of the emissivity with respect to temperature and chemical potential can be understood and many peculiarities of the emissivities can be explained
Das Zusammenspiel der thermodynamischen Eigenschaften von stark wechselwirkender Materie und deren Emission von Photonen wird untersucht. Dazu wird die Lagrangedichte des Quark-Meson-Modells (auch: Linear-Sigma-Modell oder Linear-Sigma-Modell mit Quarks) um einen elektromagnetischen Sektor erweitert. Aus der so erweiterten Lagrangedichte werden auf konsistente Weise sowohl das großkanonische Potential als auch das erzeugende Funktional der Korrelationsfunktionen ermittelt. Aus ersterem werden die Phasenstruktur des Modells sowie zahlreiche thermodynamische Eigenschaften berechnet. Insbesondere wird die Abhänigkeit einiger Orientierungspunkte (kritischer Punkt, Schnittpunkte der Phasengrenze mit den Koordinatenachsen usw.) des Phasendiagramms von den Modellparametern detailiert untersucht. Mit Hilfe des erzeugenden Funktionals wiederum kann der Photonenpropagator bestimmt werden, dessen Imaginärteil mit der Emissionsrate von Photonen zusammenhängt. Die führende Ordnung in einer Entwicklung nach der Anzahl der beteiligten Teilchen und der Potenz der Quark-Meson-Kopplung lässt sich durch Baumgraphen-Diagramme darstellen, die ebenfalls berechnet werden. Auf dieser Basis wird die Photon-Emissivität in Abhängigkeit von Temperatur, chemischem Potential und Photon-Frequenz berechnet und unter verschiedenen Gesichtspunkten analysiert. Die Abhängigkeit der Teilchenmassen von Temperatur und chemischem Potential hinterlässt teilweise ausgeprägte Signaturen in den Emissivitäten der einzelnen sub-Prozesse. Insbesondere ein Phasenübergang erster Ordnung zeigt sich deutlich, da an diesem die Emissivität - abhänging von der Temperatur - um einen Faktor der Größenordnung zehn springen kann. Jedoch finden wir im Rahmen dieser Analyse keine spezifischen Signaturen in den Photonen-Emissivitäten, die einen kritischen Punkt auszeichnen. Des weiteren wird untersucht von welchen Parametern die Photonen-Emissionsrate in den Bereichen niedriger oder hoher Photonen-Frequenzen abhängt. Mit diesen Ergebnissen kann das Verhalten der Emissivität in Abhängigkeit von Temperatur und chemischem Potential gut verstanden und zahlreiche Auffälligkeiten in den Emissivitäten erklärt werden

La chromodynamique quantique prédit, à haute température et/ou densité d'énergie, une transition de phase entre la matière hadronique ordinaire et un nouvel état où les quarks et les gluons seraient déconfinés : le Plasma de Quarks et de Gluons. Durant les quinze dernières années s'est développé un large programme expérimental au CERN et à Brookhaven, ayant pour but d'identifier le PQG. ALICE est l'expérience du LHC dédiée à l'étude du plasma via les collisions d'ions lourds ultra-relativistes à 2.75 TeV/nucléon et par faisceau. La mesure de la suppression des résonances de la famille du Upsilon, signature potentielle de la formation d'un milieu coloré, à l'aide du spectromètre à muons de l'expérience ALICE est au centre de cette thèse. La première partie de ce travail est liée à l'étude des chambres multifils à cathodes segmentées du bras dimuon, utilisées par le système de trajectographie des muons issus de la décroissance des résonances lourdes. La seconde partie présente un algorithme d'alignement des détecteurs à l'aide de traces physiques à même de mesurer les positions réelles des différentes composantes du système de trajectographie avec de très bonnes résolutions spatiales. Finalement, la dernière partie propose une étude à mener à l'aide du spectromètre d'ALICE, impliquant la mesure de rapport des productions Upsilon et Upsilon' en fonction de l'impulsion transverse de la résonance. Il est montré que cette étude devrait permettre de statuer quand à la formation d'un état déconfiné et d'extraire certaines de ses propriétés.

Nell'autunno del 2017 la Collaborazione ALICE ha registrato dati da collisioni Xe--Xe all'energia mai vista prima in collisioni nucleo-nucleo AA di (energia nel centro di massa per coppia di nucleoni) $\sqrt{s_{\rm{NN}}} = 5.44 \text{ TeV}$. Gli spettri in impulso trasverso a rapidità centrale ($|y| < 0.5$) di pioni, kaoni e protoni sono presentati. Tali spettri nella loro forma definitiva sono ottenuti combinando analisi indipendenti sui dati dell'Inner Tracking System (ITS), della Time Projection Chamber (TPC), e del Time-Of-Flight (TOF). Questa tesi si focalizza sull'analisi compiuta con il TOF e sulle prestazioni ottenute sulle speciali condizioni sperimentali in collisioni Xe--Xe. La peculiarità di questi dati deriva dalla presenza di un campo magnetico più basso del solito ($B = 0.2 \text{ T}$ contro i soliti $0.5 \text{ T}$); dunque ci si aspetta di poter esplorare una regione in $p_{\rm T}$ non raggiungibile prima. Un confronto tra gli spettri a differenti classi di centralità sarà pure fornito. In late 2017, the ALICE collaboration recorded data from Xe--Xe collisions at the unprecedented energy in nucleus-nucleus AA systems of (centre of mass energy per nucleon pair) $\sqrt{s_{\rm{NN}}} = 5.44$ TeV. The (transverse momentum) $p_{\rm T}$-spectra at mid-rapidity ($|y| < 0.5$) of pions, kaons and protons are presented. The final $p_{\rm T}$-spectra are obtained by combining independent analyses with the Inner Tracking System (ITS), the Time Projection Chamber (TPC), and the Time-Of-Flight (TOF) detectors. This thesis focuses on the analysis performed with TOF and on the performance of the special Xe--Xe run conditions. The peculiarity of these data comes also from the experimental setup: because of the lower magnetic field ($B = 0.2 \text{ T}$, lower than the usual $0.5 \text{ T}$) we expect to explore a $p_{\rm T}$ region unattainable before. A comparison between the yields at different centrality bins will also be provided.

Afin de permettre une description phenomenologique de la transition de phase de deconfinement, la mecanique statistique d'un gaz de sacs avec traitement des interactions a la van der waals est developpee. Une methode tres intuitive de prise en compte des fluctuations spheriques des volumes est ensuite rigoureusement justifiee par une reprise de la dynamique du modele des sacs. Le spectre asymptotique des hadrons dans le modele des sacs est ensuite calcule pour diverses contraintes de jauge et permet une etude phenomenologique du comportement critique de la matiere baryoniquement chargee. Des resultats sont obtenus qui encouragent l'exploitation de la methode de prise en compte des fluctuations de volume

Le plasma de quarks et de gluons (QGP) est un état de la matière observe lors de la collision d'ions lourds dans les accélérateurs tels que le LHC. Il est présent à haute température et/ou à haute densité, les quarks sont alors déconfinés : libres de se mouvoir et interagissant très peu entre eux. A basse température et basse densité, les quarks sont, au contraire, confines dans les hadrons formant la matière hadronique ordinaire. La présence d'une transition entre cette phase hadronique et le QGP a des conséquences importantes que ce soit 'a haute température (expériences RHIC et LHC) ou a haute densité (expérience CBM à FAIR, étude des étoiles compactes). Une première transition de phase est liée à la brisure de la symétrie chirale. Dans la matière hadronique, cette symétrie est brisée spontanément. Elle est restaurée en augmentant la température ou la densité. Au delà de la discussion habituelle sur la transition chirale, nous utiliserons un modèle, le modèle Polyakov Nambu Jona-Lasinio permettant de décrire une deuxième transition : la transition de deconfinement. Ceci permettra de séparer le diagramme Temperature-Densité en trois phases distinctes : la phase hadronique ou les quarks sont confines et o'u la symétrie chirale est brisée, la phase du QGP ou les quarks sont d'confines et o'u la symétrie chirale est restaurée et une phase hypothétique dite quarkyonique à basse température et haute densité ou les quarks sont encore confines mais ou la symétrie chirale est restaurée. On décrira, dans un premier temps les différentes transitions à l'aide des paramètres d'ordre suivant : le condensat de quark pour la transition chirale et la boucle de Polyakov pour le déconfinement. On verra ensuite comment l'évolution des fonctions spectrales des mésons sigma et pi peut nous renseigner sur le diagramme de phase. Le critère de transition chirale sera alors la différence entre les masses de ces mésons, la masse étant prise comme étant le maximum de la fonction spectrale. Le critère de transition de deconfinement sera, quant à lui, l'écart-type de la fonction spectrale. Enfin, nous verrons comment intégrer les mésons vecteurs au modèle, en particulier le méson rho, qui pourra jouer le rôle de sonde du plasma, ses propriétés étant modifiées suivant le milieu dans lequel il est émis.

Thesis (Ph. D.)--Florida State University, 2004.
Advisor: Dr. Bernd A. Berg, Florida State University, College of Arts and Sciences, Dept. of Physics. Title and description from dissertation home page (viewed June 16, 2004). Includes bibliographical references.

We investigate phase transitions in holographic models of QCD. In chapter I, we explore the effect of constant external U(1) fields on the physics of chiral symmetry breaking, as realized in the D3/D7 model. We discover that this model exhibits the phenomenon of magnetic catalysis, which is what one would expect from a weakly coupled field theory intuition. In chapter II, we continue exploring the effect of external U(1) fields but now on the backreacted D3/D7 model, where the backreaction is obtained via a smearing procedure. We again find the magnetic catalysis effect, however the results differ from the previous case depending on the backreaction parameters. In chapter III, we investigate lattices of instantons in the D4/D8 model of chiral symmetry breaking. These instanton lattices can change dimensionality, and in particular we investigate the 1D [right arrow] 2D transition as a simpler case of the more complicated 3D [right arrow] 4D transition which is conjectured to be holographically dual to the baryonic to quarkyonic phase transition. Besides this interpretation, one could also view this as a hypothetical condensed matter system. We have a lattice of instantons dominated by two-body forces, whose interactions depend not only on their mutual distance in physical space but also on their relative orientations in the internal isospace. We obtain a rich variety of instanton crystals whose description could serve to be useful beyond holography.
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The interplay of thermodynamic properties of strongly interacting matter and its emission of photons is investigated. For this purpose the Lagrangian of the quark meson model (in the literature also dubbed "linear sigma model" or "linear sigma model with quarks") is extended by an electromagnetic sector. Based on this extended Lagrangian both the grand-canonical potential and the generating functional of correlation functions are calculated in a consistent manner. From the former, the phase structure and various thermodynamical properties are determined. Especially, the dependence of certain landmarks (critical point, intersections of the phase boundary with the coordinate axes, etc.) of the phase diagram with respect to the model parameters is investigated in detail. With the help of the generating functional in turn, the photon propagator can be computed whose imaginary part is connected to the emission rate of photons. The leading order of the result with respect to the number of participating particles and the power of the quark-meson coupling is expressed in terms of tree level diagrams, which are calculated likewise. On this basis, the photon emissivity with respect to temperature, chemical potential and photon frequency is calculated and analyzed addressing various questions. The dependence of the particle masses with respect to temperature and chemical potential leaves notable imprints on the emissivities of the individual production processes. Especially a first-order phase transition can easily be identified, since, there, the emissivity may jump - depending on the temperature - by a factor of about ten. Contrarily, within our analysis, we do not find signatures in the photon emissivities that specifically mark a critical end point. Moreover, it is investigated on which parameters the photon emission rate depends in the low- and high-frequency regions. With these results the behavior of the emissivity with respect to temperature and chemical potential can be understood and many peculiarities of the emissivities can be explained.
Das Zusammenspiel der thermodynamischen Eigenschaften von stark wechselwirkender Materie und deren Emission von Photonen wird untersucht. Dazu wird die Lagrangedichte des Quark-Meson-Modells (auch: Linear-Sigma-Modell oder Linear-Sigma-Modell mit Quarks) um einen elektromagnetischen Sektor erweitert. Aus der so erweiterten Lagrangedichte werden auf konsistente Weise sowohl das großkanonische Potential als auch das erzeugende Funktional der Korrelationsfunktionen ermittelt. Aus ersterem werden die Phasenstruktur des Modells sowie zahlreiche thermodynamische Eigenschaften berechnet. Insbesondere wird die Abhänigkeit einiger Orientierungspunkte (kritischer Punkt, Schnittpunkte der Phasengrenze mit den Koordinatenachsen usw.) des Phasendiagramms von den Modellparametern detailiert untersucht. Mit Hilfe des erzeugenden Funktionals wiederum kann der Photonenpropagator bestimmt werden, dessen Imaginärteil mit der Emissionsrate von Photonen zusammenhängt. Die führende Ordnung in einer Entwicklung nach der Anzahl der beteiligten Teilchen und der Potenz der Quark-Meson-Kopplung lässt sich durch Baumgraphen-Diagramme darstellen, die ebenfalls berechnet werden. Auf dieser Basis wird die Photon-Emissivität in Abhängigkeit von Temperatur, chemischem Potential und Photon-Frequenz berechnet und unter verschiedenen Gesichtspunkten analysiert. Die Abhängigkeit der Teilchenmassen von Temperatur und chemischem Potential hinterlässt teilweise ausgeprägte Signaturen in den Emissivitäten der einzelnen sub-Prozesse. Insbesondere ein Phasenübergang erster Ordnung zeigt sich deutlich, da an diesem die Emissivität - abhänging von der Temperatur - um einen Faktor der Größenordnung zehn springen kann. Jedoch finden wir im Rahmen dieser Analyse keine spezifischen Signaturen in den Photonen-Emissivitäten, die einen kritischen Punkt auszeichnen. Des weiteren wird untersucht von welchen Parametern die Photonen-Emissionsrate in den Bereichen niedriger oder hoher Photonen-Frequenzen abhängt. Mit diesen Ergebnissen kann das Verhalten der Emissivität in Abhängigkeit von Temperatur und chemischem Potential gut verstanden und zahlreiche Auffälligkeiten in den Emissivitäten erklärt werden.