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We study the influence of the baryon chemical potential μB on the properties of the Quark–Gluon–Plasma (QGP) in and out-of equilibrium. The description of the QGP in equilibrium is based on the effective propagators and couplings from the Dynamical QuasiParticle Model (DQPM) that is matched to reproduce the equation-of-state of the partonic system above the deconfinement temperature Tc from lattice Quantum Chromodynamics (QCD). We study the transport coefficients such as the ratio of shear viscosity η and bulk viscosity ζ over entropy density s, i.e., η/s and ζ/s in the (T,μ) plane and compare to other model results available at μB=0 . The out-of equilibrium study of the QGP is performed within the Parton–Hadron–String Dynamics (PHSD) transport approach extended in the partonic sector by explicitly calculating the total and differential partonic scattering cross sections based on the DQPM and the evaluated at actual temperature T and baryon chemical potential μB in each individual space-time cell where partonic scattering takes place. The traces of their μB dependences are investigated in different observables for symmetric Au + Au and asymmetric Cu + Au collisions such as rapidity and mT -distributions and directed and elliptic flow coefficients v1,v2 in the energy range 7.7 GeV ≤sNN−−−−√≤200 GeV.
We extend the parton‐hadron‐string dynamics (PHSD) transport approach in the partonic sector by explicitly calculating the total and differential partonic scattering cross sections as a function of temperature T and baryon chemical potential μB on the basis of the effective propagators and couplings from the dynamical quasiparticle model (DQPM) that is matched to reproduce the equation of state of the partonic system above the deconfinement temperature Tc from lattice quantum chromodynamics (QCD). We calculate the collisional widths for the partonic degrees of freedom at finite T and μB in the time‐like sector and conclude that the quasiparticle limit holds sufficiently well. Furthermore, the ratio of shear viscosity η over entropy density s, that is, η/s, is evaluated using the collisional widths and compared to lattice QCD(lQCD) calculations for μB = 0 as well. We find that the ratio η/s does not differ very much from that calculated within the original DQPM on the basis of the Kubo formalism. Furthermore, there is only a very modest change of η/s with the baryon chemical μB as a function of the scaled temperature T/Tc(μB). This also holds for a variety of hadronic observables from central A + A collisions in the energy range 5 GeV urn:x-wiley:00046337:media:asna201913708:asna201913708-math-0001 200 GeV when implementing the differential cross sections into the PHSD approach. Accordingly, it will be difficult to extract finite μB signals from the partonic dynamics based on “bulk” observables.
Ziel dieser Dissertation ist es, die Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichts-Eigenschaften des stark wechselwirkenden QGP-Mediums nahe dem Phasenübergang unter extremen Bedingungen von hohen T und hohen Baryonendichten mit Hilfe der kinetischen Theorie im Rahmen von effektiven Modellen zu untersuchen. Wir werden zunächst die thermodynamischen und Transporteigenschaften des QGPs in der Nähe des Gleichgewichts auf der Basis des DQPM im Bereich moderater chemischer Baryonenpotentiale μB ≥ 0.5 GeV untersuchen. Insbesondere werden die EoS und die Schallgeschwindigkeit sowie die Transportkoeffizienten des QGP auf der Grundlage des DQPM bei endlichen T und μB berechnet. Transportkoeffizienten sind besonders interessant, da sie Informationen über die Wechselwirkungen im Medium erlauben, das im Gleichgewicht durch eine Temperatur T und ein chemisches Potential μB charakterisiert werden kann. Unter Berücksichtigung der Transportkoeffizienten und der EoS der QGP-Phase vergleichen wir unsere Ergebnisse mit verschiedenen Resultaten aus der Literatur, in denen Transportkoeffizienten des QGPs auf Basis von effektiven Modellen vorwiegend bei Null oder kleinem chemischen Potentialen untersucht wurden.
Darüber hinaus werden in Kapitel 3 die Gleichgewichtseigenschaften des QGPs und insbesondere die Auswirkungen der μB-Abhängigkeit der thermodynamischen und Transporteigenschaften des QGPs im Rahmen des erweiterten PHSD-Transportansatzes untersucht, der die vollständige Entwicklung des Systems einschließlich der partonischen Phase umfasst. Die Entwicklung des PHSD-Transportansatzes wird in der partonischen Phase erweitert, indem explizit die gesamt- und differentiellen partonischen Streuquerschnitte auf der Grundlage des DQPM berechnet und bei der tatsächlichen Temperatur T und dem baryonischen chemischen Potential μB in jeder einzelnen Raum-Zeit-Zelle, in der die partonische Streuung stattfindet, ausgewertet werden.
Um die Spuren der μB-Abhängigkeit des QGPs in den Observablen zu untersuchen, werden die Ergebnisse von PHSD5.0 (mit μB-Abhängigkeiten) mit den Ergebnissen von PHSD5.0 für μB = 0 sowie mit PHSD4.0, in dem die Massen/Breiten der Quarks und Gluonen sowie deren Wechselwirkungsquerschnitte nur von T abhängen, verglichen. Wir diskutieren die PHSD-Ergebnisse für verschiedene Observablen: (i) Rapiditäts- und pT -Verteilungen von identifizierten Hadronen für symmetrische Au+Au- und Pb+Pb- Kollisionen bei Energien von 30 AGeV (zukünftige NICA-Energie) sowie für die RHIC-Spitzenenergie von √sNN = 200 GeV; (ii) gerichteter Fluss v1 von identifizierten Hadronen für Au + Au bei invarianter Energie √sNN = 27 GeV und 200 GeV; (iii) elliptischer Fluss v2 der identifizierten Hadronen für Au+Au bei invarianten Energien √sNN = 27 und 200 GeV. Der Vergleich der "Bulk"-Observablen für Au+Au-Kollisionen innerhalb der drei PHSD-Einstellungen hat gezeigt, dass sie eine recht geringe Empfindlichkeit gegenüber den μB -Abhängigkeiten der Partoneigenschaften (Massen und Breiten) und ihrer Wechselwirkungsquerschnitte aufweisen, sodass die Ergebnisse von PHSD5.0 mit und ohne μB sehr nahe beieinander liegen. Nur im Fall von Kaonen, Antiprotonen ̄p und Antihyperonen ̄Λ + ̄Σ0 konnte ein kleiner Unterschied zwischen PHSD4.0 und PHSD5.0 bei den höchsten SPS- und RHIC-Energien festgestellt werden.
Wir finden nur geringe Unterschiede zwischen den Ergebnissen von PHSD4.0 und PHSD5.0 für die hier betrachteten hadronischen Observablen sowohl bei hohen als auch bei mittleren Energien. Dies hängt damit zusammen, dass bei hohen Energien, wo die Materie vom QGP dominiert wird, ein sehr kleines chemisches Baryonenpotential μB in zentralen Kollisionen bei mittlerer Rapidität gemessen wird, während mit abnehmender Energie und größerem μB der Anteil des QGPs rapide abnimmt, sodass die endgültigen Beobachtungswerte insgesamt von den Hadronen dominiert werden, die an der hadronischen Rückstreuung teilgenommen haben, und somit die Information über ihren QGP-Ursprung verwaschen oder verloren geht.
In Kapitel 4 betrachten wir die Transportkoeffizienten von QGP-Materie im erweiterten Polyakov-NJL-Modell entlang der Übergangslinie für moderate Werte des chemischen Baryonenpotenzials 0 ≤ μB ≤ 0.9 GeV sowie in der Nähe des kritischen Endpunkts(CEP) und bei großem chemischen Baryonenpotenzial μB = 1.2 GeV, wo ein Phasenübergang erster Ordnung stattfindet. Wir untersuchen, wie die Natur der Freiheitsgrade die Transporteigenschaften des QGPs beeinflusst. Darüber hinaus demonstrieren wir die Auswirkungen des Phasenübergangs erster Ordnung und des CEP auf die Transportkoeffizienten im dekonfinierten QCD-Medium.
Darüber hinaus wird in Kapitel 5 eine phänomenologische Erweiterung des DQPM auf große baryonchemische Potentiale μB einschließlich der Region mit einem möglichen CEP und späterem Phasenübergang erster Ordnung betrachtet. Eines der wichtigsten Merkmale des Modells ist das Auftreten einer ’kritischen‘ Skalierung in der Nähe des CEP. Das Hauptziel des vorgestellten Modells besteht darin, die mikroskopischen und makroskopischen Eigenschaften der partonischen Freiheitsgrade für den Bereich des Phasendiagramms bereitzustellen, der durch moderates T und moderates oder hohes μB gekennzeichnet ist.
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We study the diffusion properties of the strongly interacting quark-gluon plasma (sQGP) and evaluate the diffusion coefficient matrix for the baryon (B), strange (S) and electric (Q) charges—κqq′ (q,q′=B,S,Q) and show their dependence on temperature T and baryon chemical potential μB. The nonperturbative nature of the sQGP is evaluated within the dynamical quasiparticle model (DQPM) which is matched to reproduce the equation of state of the partonic matter above the deconfinement temperature Tc from lattice QCD. The calculation of diffusion coefficients is based on two methods: (i) the Chapman-Enskog method for the linearized Boltzmann equation, which allows to explore nonequilibrium corrections for the phase-space distribution function in leading order of the Knudsen numbers as well as (ii) the relaxation time approximation (RTA). In this work we explore the differences between the two methods. We find a good agreement with the available lattice QCD data in case of the electric charge diffusion coefficient (or electric conductivity) at vanishing baryon chemical potential as well as a qualitative agreement with the recent predictions from the holographic approach for all diagonal components of the diffusion coefficient matrix. The knowledge of the diffusion coefficient matrix is also of special interest for more accurate hydrodynamic simulations.
We study equilibrium as well as out-of-equilibrium properties of the strongly interacting QGP medium under extreme conditions of high temperature T and high baryon densities or baryon chemical potentials μB within a kinetic approach. We present the thermodynamic and transport properties of the QGP close to equilibrium in the framework of effective models with Nf=3 active quark flavours such as the Polyakov extended Nambu-Jona Lasinio (PNJL) and dynamical quasiparticle model with the CEP (DQPM-CP). Considering the transport coefficients and the EoS of the QGP phase, we compare our results with various results from the literature. Furthermore, out-of equilibrium properties of the QGP medium and in particular, the effect of a μB- dependence of thermodynamic and transport properties of the QGP are studied within the Parton-Hadron-String-Dynamics (PHSD) transport approach, which covers the full evolution of the system during HICs. We find that bulk observables and flow coefficients for strange hadrons as well as for antiprotons are more sensitive to the properties of the QGP, in particular to the μB - dependence of the QGP interactions.
Phase transitions in a non-perturbative regime can be studied by ab initio Lattice Field Theory methods. The status and future research directions for LFT investigations of Quantum Chromo-Dynamics under extreme conditions are reviewed, including properties of hadrons and of the hypothesized QCD axion as inferred from QCD topology in different phases. We discuss phase transitions in strong interactions in an extended parameter space, and the possibility of model building for Dark Matter and Electro-Weak Symmetry Breaking. Methodological challenges are addressed as well, including new developments in Artificial Intelligence geared towards the identification of different phases and transitions.
We review the properties of the strongly interacting quark-gluon plasma (QGP) at finite temperature T and baryon chemical potential µB as created in heavy-ion collisions at ultrarelativistic energies. The description of the strongly interacting (non-perturbative) QGP in equilibrium is based on the effective propagators and couplings from the Dynamical QuasiParticle Model (DQPM) that is matched to reproduce the equation-of-state of the partonic system above the deconfinement temperature Tc from lattice QCD. Based on a microscopic transport description of heavy-ion collisions, we discuss which observables are sensitive to the QGP creation and its properties.