Entstehung des Quark-Gluon Plasmas durch Instabilitäten der gekoppelten Yang-Mills-Wong Gleichungen für anisotrope Teilchenverteilungen in relativistischen Schwerionenreaktionen
Final Report Abstract
Kollisionen schwerer Ionen bei höchsten Energien, wie z.B. am CERN-LHC, setzen eine große Zahl von Gluonen aus den Wellenfunktionen der Kerne frei. Der Longitudinalimpuls dieser Gluonen erfährt aufgrund der Expansion eine Rotverschiebung, ihre Impulsraumverteilung wird somit anisotrop. Dies führt zu Plasmainstabilitäten in den kohärenten "weichen" Gluonen die ein nicht-abelsches klassisches Feld darstellen. Durch den exponentiellen Anstieg der Felder wird die Bewegung der härteren Feldmoden (Teilchen) nicht perturbativ beeinfiusst, wodurch sie schließlich re-isotropisieren. Das stellt eine notwendige Bedingung für Thermalisierung, für die Entstehung des QCD Plasmas und für den Aufbau von kollektiven Eigenschaften dieses Zustandes in Schwerionenkollisionen dar. In diesem Projekt wurden zeitabhängige nicht-abelsche Teilchen/Feld Plasmaberechnungen durchgeführt und obige Prozesse quantitativ numerisch untersucht. Im Besonderen konnten erstmalig binäre Kollisionen der harten, thermischen Teilchen konsistent mitberücksichtigt werden. Mittels des von Herrn Dr. Schenke erstellten numerischen Algorithmus konnten damit das Auftreten von möglichen Plasma-Instabilitäten, die Möglichkeit einer schnellen Thermalisierung des Plasmas im Phasenraum, und der Energieverlust und die Verbreitung von hochenergetischen Jet-Teilchen untersucht werden. Damit ist dann eine komplexe und dynamische ab initio Formulierung der sehr frühen partonischen Anfangsphase, wie sie bei den Experimenten am RHIC in Brookhaven und vor allen in Zukunft am ALICE Experiment des LHC am CERN erwartet wird, gegeben. Unter der Annahme einer temporären Anisotropie im Impulsraum wurden auch Vorhersagen über die spektrale Abstrahlintensität des QCD Plasmas für Photonen und Dileptonen angestellt. Als weiteres sich ergebendes Zusatzprojekt wurde die kinetische Partonenkaskade mit einer effektiven Theorie dissipativer Hydrodynamik bis zu einer Entwicklung dritter Ordnung des Entropiestroms in dem Stresstensor verglichen, um den Gültigkeitsbereich dissipativer Hydrodynamik für ultrarelativistische Schwerionenkollisionen genau zu quantifizieren. Auch das mögliche Auftreten von dissipativen Schockwellen wurde hier untersucht. Es zeigt sich, dass das Verhältnis des Koeffizienten der Scherviskosität und der Entropie-Dichte sehr klein sein muss, damit Schockwellen sich dynamisch in ultrarelativistischen Schwerionenkollisionen ausprägen können.
Publications
- "A model of the effect of collisions on QCD plasma instabilities". Phys. Rev. D 73, 125004 (2006)
B. Schenke, M. Strickland, C. Greiner and M. H. Thoma
- "Photon production from an anisotropic quark-gluon plasma". Phys. Rev. D 76 (2007) 025023
B. Schenke and M. Strickland
- "Ultraviolet avalanche in anisotropic non-Abelian plasmas". Phys. Rev. D 75 (2007) 025016
A. Dumitru, Y. Nara and M. Strickland
- "Jet broadening in unstable non-Abelian plasmas". Phys. Rev. C 78, 024909 (2008)
A. Dumitru, Y. Nara, B. Schenke and M. Strickland
- "Suppression of forward dilepton production from an anisotropic quark-gluon plasma". Eur. Phys. J. C 61, 905 (2008)
M. Martinez and M. Strickland
- "Constraining relativistic viscous hydrodynamical evolution". Phys. Rev. C 79, 044903 (2009)
M. Martinez and M. Strickland
- "Relativistic shock waves in viscous gluon matter". Phys. Rev. Lett. 103 (2009) 032301
I. Bouras et al.
- "Transverse momentum diffusion and jet energy loss in non-Abelian plasmas". Phys. Rev. C 79, 034903 (2009)
B. Schenke, M. Strickland, A. Dumitru, Y. Nara and C. Greiner
- "Third-order relativistic dissipative hydrodynamics". Phys. Rev. C 81, 041901 (2010)
A. El, Z. Xu and C. Greiner
