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Nichtgleichgewichtsdynamik des chiralen Phasenübergangs in relativistischen Kern-Kern-Kollisionen
(2005)
In meiner Dissertation "Nichtgleichgewichtsdynamik des chiralen Phasenübergangs bei endlichen Temperaturen und Dichten" untersuche ich das Verhalten von stark wechselwirkender Materie bei hohen Temperaturen und Baryonendichten. Diese Form der Materie untersucht man mit Hilfe von Kern-Kern-Kollisionen an großen Beschleunigern am SPS in Genf (Schweiz) und am RHIC in Brookhaven (USA). Die Quantenchromodynamik (QCD) ist bis heute der beste Kandidat für die Theorie der starken Wechselwirkung und sollte daher die verschiedenen Phasen bei allen Baryonendichten und Temperaturen beschreiben. In der Praxis läßt die QCD sich bisher allerdings nur in einigen Grenzfällen, bei denen eine Störungstheoretische Beschreibung möglich ist, lösen. Daher ist es notwendig, bei endlichen Temperaturen und Baryonendichten effektive Modelle zu entwickeln, welche dann nur den grundlegenden Eigenschaften der QCD Rechnung tragen. Untersuchungen haben ergeben, daß die QCD zwei unterschiedliche Phasenübergänge beinhaltet. Zum einen den sogenannten Deconfinement-Phasenübergang von Kernmaterie zu einem asymptotisch freien Zustand, dem Quark Gluon Plasma, und zum anderen den chiralen Phasenübergang von massiven zu masselosen Teilchen. Gittereichtheoretische Rechnungen haben darüber hinaus gezeigt, daß es im Phasendiagramm einen kritischen Punkt und es Phasenübergänge erster Ordnung und sogenannte Crossover-übergänge gibt. In meiner Arbeit habe ich ein Modell verwendet und weiterentwickelt mit dem es möglich ist, den sogenannten {\em chiralen Phasenübergang} im Nichtgleichgewicht zu untersuchen. Dabei betrachte ich den übergang von masselosen (bei hohen Temperaturen und Baryonendichten) zu massiven Quarks (bei niedrigen Temperaturen und Baryonendichten). Der Schwerpunkt meiner Arbeit liegt auf den Nichtgleichgewichtseffekten des chiralen Phasenübergangs. Solche Nichtgleichgewichtseffekte sind zum Beispiel der Siedeverzug, wie man ihn manchmal beim Kochen von Wasser in einem Reagenzglas vorfindet. Auch hier wird die zeitliche Entwicklung des Systems durch Nichtgleichgewichtseffekte stark verändert, das Wasser kocht nicht einfach nur, sondern es verdampft schlagartig. Ziel meiner Arbeit ist es nun, den Einfluß von Nichtgleichgewichtseffekten auf den chiralen Phasenübergang in Kern-Kern-Kollisionen und insbesondere den Einfluß des kritischen Punktes zu untersuchen. Um mehr über den Phasenübergang im Nichtgleichgewicht herauszufinden, bietet es sich an, Fluktuationen bestimmter thermodynamischer Größen und ihren Einfluß auf Observablen zu untersuchen. Hierzu werden Fluktuationen in die Anfangsbedingungen der numerischen Simulationen eingefügt und untersucht, wie sich jeweils die zeitliche Entwicklung des Systems verhält. Zunächst habe ich die zeitliche Entwicklung der Fluktuationen in Abhängigkeit von der anfänglichen Systemgröße untersucht. Für ein unendliches System würde man am kritischen Punkt eine divergierende Korrelationslänge der Fluktuationen erwarten. Bei einer Kern-Kern-Kollision ist die Größe des Systems hingegen endlich und das System expandiert sehr schnell. Meine Ergebnisse zeigen, daß für alle untersuchten Systemgrößen die Korrelationslänge maximal 2-3 mal so groß wie die anfängliche Korrelationslänge wurde. Es ist daher zweifelhaft, ob dieser Effekt in Kern-Kern-Kollisionen gemessen werden kann. \\ Daher habe ich im weiteren untersucht, wie sich die anfänglichen Fluktuationen des Ordnungsparameters auf die Entwicklung der Energie- und Baryonendichte des Systems auswirken. Die Ergebnisse zeigen, wie Inhomogenitäten von Energie- und Baryonendichte durch die Anwesenheit von verschiedenen Phasenübergängen beeinflußt werden. Während die Inhomogenitäten der Energiedichte sich nur wenig unterscheiden, zeigt sich bei der Baryonendichte ein anderes Verhalten. Für Phasenüberänge erster Ordnung sind die Inhomogenitäten deutlich höher als für Crossover-übergänge. Dies könnte sich unter anderem in der relativen Häufigkeit bestimmter Teilchenspezies wie der Kaonen und Pionen bemerkbar machen.
We calculate the yields of pions, kaons, and Æ-mesons for RHIC and LHC energies assuming thermodynamical equilibration of the produced minijets, and using as input results from pQCD for the energy densities at midrapidity. In the calculation of the production of partons and of transverse energy one has to account for nuclear shadowing. By using two parametrizations for the gluon shadowing one derives energy densities differing strongly in magnitude. In this publication we link those perturbatively calculated energy densities of partons via entropy conservation in an ideal fluid to the hadron multiplicities at chemical freeze-out.
UrQMD at RHIC energies
(1999)
We calculate the yields of a variety of hadrons for RHIC and LHC energies assuming thermodynamical equilibration of the produced minijets, and using as input results from pQCD for the energy densities at midrapidity. In the calculation of the production of partons and of transverse energy one has to account for nuclear shadowing. By using two parametrizations for the gluon shadowing one derives energy densities di ering strongly in magnitude. In this publication we link those perturbatively calculated energy densities of partons via entropy conservation in an ideal fluid to the hadron multiplicities at chemical freeze-out.
A microscopic model of deconfined matter based on color interactions between semi-classical quarks is studied. A hadronization mechanism is imposed to examine the properties and the disassembly of a thermalized quark plasma and to investigate the possible existence of a phase transition from quark matter to hadron matter.
Relativistic hadron-hadron collisions in the ultra-relativistic quantum molecular dynamics model
(1999)
Hadron-hadron collisions at high energies are investigated in the Ultra- relativistic-Quantum-Molecular-Dynamics approach. This microscopic trans- port model describes the phenomenology of hadronic interactions at low and intermediate energies ( s < 5 GeV) in terms of interactions between known hadrons and their resonances. At higher energies, s > 5 GeV, the excitation of color strings and their subsequent fragmentation into hadrons dominates the multiple production of particles in the UrQMD model. The model shows a fair overall agreement with a large body of experimental h-h data over a wide range of h-h center-of-mass energies. Hadronic reaction data with higher precision would be useful to support the use of the UrQMD model for relativistic heavy ion collisions.
We investigate various properties of neutron star matter within an e ective chiral SU(3)L × SU(3)R model. The predictions of this model are compared with a Walecka-type model. It is demonstrated that the importance of hy- peron degrees are strongly depending on the interaction used, even if the equation of state near saturation density is nearly the same in both models. While the Walecka-type model predicts a strange star core with strangeness fraction fS 4/3, the chiral model allows only for fS 1/3 and predicts that 0, + and 0 will not exist in star, in contrast to the Walecka-type model. PACS: 26.60+c, 21.65+f, 24.10Jv
We investigate in stable strange hadronic matter (SHM) the modifica- tion of the masses of the scalar (sigma,sigma') and the vector (omega,phi) mesons. The baryon ground state is treated in the relativistic Hartree approximation in the nonlinear sigma-omega and linear sigma'- phi model. In stable SHM, the masses of all the mesons reveal considerable reduction due to large vacuum polarization contribution from the hyperons and small density dependent effects caused by larger binding. PACS: 21.65+f, 24.10Jv
We investigate the excitation function of quark-gluon plasma formation and of directed in-plane flow of nucleons in the energy range of the BNLAGS and for the Ekin Lab = 40A GeV Pb+Pb collisions performed recently at the CERN-SPS. We employ the three-fluid model with dynamical unification of kinetically equilibrated fluid elements. Within our model with first-order phase transition at high density, droplets of QGP coexisting with hadronic matter are produced already at BNL-AGS energies, Ekin Lab C 10A GeV. A substantial decrease of the isentropic velocity of sound, however, requires higher energies, Ekin Lab C 40A GeV. We show the e ect on the flow of nucleons in the reaction plane. According to our model calculations, kinematic requirements and EoS effects work hand-in-hand at Ekin Lab = 40A GeV to allow the observation of the dropping velocity of sound via an increase of the directed flow around midrapidity as compared to top BNL-AGS energy.
A nonlinear chiral SU(3) approach including the spin 3 2 decuplet is developed to describe dense matter. The coupling constants of the baryon resonances to the scalar mesons are determined from the decuplet vacuum masses and SU(3) symmetry relations. Di erent methods of mass generation show significant differences in the properties of the spin- 3 2 particles and in the nuclear equation of state