The overpopulated Quark Gluon Plasma on the Lattice

• Applicant: Professor Dr. Jürgen Berges
• Subject Area: Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2013 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 233033195

Das Verständnis der reell-zeitigen Dynamik nicht-abelscher Plasmen ist eines der drängendsten Probleme der Physik relativistischer Schwerionenkollisionen und von erheblicher Bedeutung für die Physik des frühen Universums. Grundlegende Eigenschaften der Dynamik fern des Gleichgewichts lassen sich nur mit nicht-perturbativen Methoden beschreiben. Ein quantitatives Verständnis aus ersten Prinzipien ist auf Simulationen in der Gittereichtheorie angewiesen. Wesentliche Aspekte der Quantendynamik des Nichtgleichgewichts lassen sich dabei durch klassisch-statistische Simulationen in der Gittereichtheorie beschreiben. Dies ist eine bedeutende Entwicklung der letzten Jahre, da diese Simulationen in reeller Zeit durchgeführt werden können. Dies erlaubt die Beschreibung wichtiger Phänomene wie Plasmainstabilitäten, Turbulenz oder sogar die mögliche Ausbildung eines Bose-Kondensats fern des Gleichgewichts.Eine quantitative Beschreibung erfordert Simulationen in der Gittereichtheorie mit dynamischen Fermionen in reeller Zeit, die durch neuere algorithmische Entwicklungen ('low-cost fermions') machbar wurden. Ausgehend von unseren erfolgreichen Rechnungen in der reinen Eichtheorie und in Yukawa-Modellen mit Wilson-Fermionen ist das Ziel des Forschungsvorhabens die Anwendung auf die Quantenchromodynamik (QCD) des Nichtgleichgewichts. Erstmals können damit wesentliche Prozesse, wie die Quarkproduktion unter Einbeziehung der nicht-linearen Rückkopplung, beschrieben werden. Einen bedeutenden Fortschritt stellt auch die Berechnung der Dynamik bei nicht-verschwindender Baryonenzahl-Dichte fern des Gleichgewichts dar. Dies ist im Rahmen des Anfangswertproblems, welches ohne ein chemisches Potenzial formuliert ist, möglich. Insbesondere sollen die Simulationsergebnisse dazu genutzt werden, um viel beachtete analytische Vorschläge in der Literatur zu Thermalisierungs-Szenarien im idealisierten Limes einer Kollision mit sehr großen Kernen bei hoher Energie zu testen. Für das longitudinal expandierende System führt dieses Forschungsvorhaben so nah an eine Beschreibung der frühen Phase einer Schwerionenkollision aus ersten Prinzipien heran, wie es mit gegenwärtiger Technologie möglich ist.

• DFG Programme: Research Grants