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Das Quark-Gluon-Plasma

Vortrag von Gordon Fischer. Das Quark-Gluon-Plasma. Inhalt . 1.Die hadronische Materie 2.QED und QCD 3.Bag- Modell und Stringmodell 4.Thermodynamik des QGP 5.Gittereichtheorie 6.Signaturen des QGP. u- (up)- Quark

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Das Quark-Gluon-Plasma

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Presentation Transcript

  1. Vortrag von Gordon Fischer Das Quark-Gluon-Plasma

  2. Inhalt • 1.Die hadronische Materie • 2.QED und QCD • 3.Bag- Modell und Stringmodell • 4.Thermodynamik des QGP 5.Gittereichtheorie • 6.Signaturen des QGP

  3. u- (up)- Quark d- (down) - Quark s- (strange) - Quark c- (charm) - Quark b- (bottom) - Quark t- (top )- Quark - Haben Spin 1/2 - Baryonennummer1/3 - Elektrische Ladung 2/3e oder -1/3e - Außerdem gibt es noch die jeweiligen Antiquarks Hadronen sind nicht elementar!Sie bestehen aus Quarks

  4. Die Farbe: Tribut an das Pauli-Prinzip - Einige Hadronen aus identischen Quarks zusammengesetzt - Quarks in verschiedenen Zuständen –Farbe (rot, grün,blau) - Problem: der neue Freíheitsgrad Farbe ermöglicht auch unerwünschte Vervielfältigung bei anderen Hadronen - Lösung: Annahme, dass Quarks nur in Farbkombinationenvorkommen, die ein neutrales weiß ergeben Confinement

  5. …und Gluonen-sind wie die Photonen masselose Vektorbosonen-haben den Spin 1-sind die Quanten der Farbfelder-Kombination ergibt 8 Farbfelderund so mit 8 Gluonen -sind elektrischneutral, aber jedes trägt Farbe und Antifarbe

  6. Das Innere des Nukleons - Valenzquarks stets im Nukleon vorhanden - Gluonen und Quark-Antiquark-Paare (See-Quarks) treten nur kurzzeitig auf - Valenzquarks enthalten 40 Prozent des Nukleon-Impulses - 10 Prozent entfallen auf die Seequarks und der Rest auf die Gluonen

  7. QED und QCD - QCD ist Eichtheorie der starken WW - SU (3)- Theorie - Nicht- abelsche Gruppe • Abstand steigt: wird größer - QED ist Feldtheorie der elektromagnetischen WW • U (1)- Theorie • Abelsche Gruppe • Abstand sinkt: wird größer

  8. Effektive Ladung der QED Elektron von Wolke aus virtuellenTeilchen umgeben, die emittiert und wieder absorbiert werden.Elektron-Positron-Paare werden polarisiert-virtuelle Positronen angezogen-virtuelle Elektronen abgestoßen

  9. Effektive Ladung der QCD - Wolke virtueller Teilchen mit eigener Ladung - entferntes Quark spürt Farbladung der Quarks und Gluonen - Annäherung an Zentralquark- - Durchdringung der Gluonenwolke spürt nur noch Ladung des zentralen Quarks - Asymptotische Freiheit Quarks bei kleinen Abständen oder großen Impulsen wie quasifreie Teilchen

  10. (MIT)- Bagmodell - Blase im Vakuum, in der sich Quarks frei bewegen können - Beschreibung von Baryonen und Mesonen - Confinement - Asymptotische Freiheit - Bagkonstante B

  11. Es gibt zwei Arten von „Vakuum“ Normales Vakuum mit =0 Confinement Perturbatives Vakuum =1 Asymptotische Freiheit

  12. Stringmodell „Auseinanderziehen“ der Quarks erzeugt Flußschlauch Farbfelder eingeschränkt auf eine Dimension Gummibandmodell

  13. Deconfinement

  14. Thermodynamik der QCD - Quarks und Gluonen alsultrarelativistische Fermi- bzw. Bosegase - aber Annahme von reinem Ionengas unrealistisch - nur grobe Nährung, da Quarks auch im Plasma stark ww - wird aber Größenordnung des Druckes, der Energiedichte usw. im QGP liefern - Verhalten von QGP in Nähe des Phasenüberganges noch deutlich von einem idealen Gas entfernt

  15. Die QCD bei hohen Drücken und Temperaturen

  16. Die QCD bei hohen Drücken und Temperaturen

  17. Die QCD bei hohen Drücken und Temperaturen

  18. Gittereichtheorie • Numerische Berechnung möglich • Diskrete Punkte • Maschen immer enger machen • Konvergenz gegen Kontinuum • Bei extrem feinen Gitter konnte Quarkeinschluss gezeigt werden • Ordnung des Phasenüberganges unklar

  19. Phasenübergang erster Ordnung? • Zugeführte Energie geht in Entropie (Erhöhung der Freiheitsgrade) über und nicht in Temperaturerhöhung

  20. Phasendiagramm • Erzeugung eines QGP -Urknall -Neutronenstern -ultrarelativistische Kernreaktionen

  21. Theoretische Unsicherheiten:-Ablauf der Kern-Kern-Reaktion umstritten-Gitterrechnungen zu ungenau-Dauer des Phasenüberganges unklar-QGP von gewöhnlicher Kernmaterie umgebenso das Signaturen ausgewaschen werdenkönnen- man kann QGP nicht anhand eines einzigen Signals erkennen, erst eine Ansammlung von Daten deutet auf die Entdeckung des QGP hin.

  22. Proton-Proton-Stöße - frontalerZusammenstoss - mehrere Hadronen erzeugt - bilden Jet - auch Teilchen erzeugt, deren Flugrichtung nur wenig von der Achse der Protonen abweicht

  23. Proton-Proton-Stöße - ob Hadronen einen Jet bilden, mit Impuls überprüfbar - Gesamtimpuls ist von Bedeutung - Je größer der Impuls, desto weniger weicht seine Richtung von der Jetachse ab

  24. Kern-Kern-Stöße • Unterschied zwischen p-p und A-A Reaktion ist • Anzahl der beteiligten Teilchen • Reaktionsvolumen • Nukleonen im Kern haben zusätzliche Energie die max. der Fermi- Energie ist • Und sie können im Kern mehrere Stöße erleiden • Strukturfunktion der Partonen eine andere als in freien Nukleonen - die letzten drei sind nicht-thermische Effekte und müssen berücksichtigt werden.

  25. Kern-Kern-Stöße Participant-Spectator-Modell

  26. Nach dem Stoß

  27. Modelle für „Stopping“ - Anfangszustand mit den Rapiditäten der beiden Teilchen - Landau: Kerne werdenvoll- ständig abgestoppt - Bjorken: Kerne durchdringen sich fast ohne Abbremsung

  28. Mögliches Raum-Zeit-Diagramm -Teilchen im thermischen Gleichgewicht -QGP bildet sich -Aussenden der einzelnen Hadronen „Freeze out“

  29. Signaturen eines QGP

  30. Signaturen eines QGP Produktion von Dileptonen - Leptonen durchlaufen die Hadronisierungsphase fast un- beeinflusst - Signale von Lepton-Antilepton-Paaren (Dileptonen) - Interesse an denen, die bei der Quark- Antiquark Streuung im QGP entstehen - Impulsverteilung und Produktionsrate kann Temperatur des QGP beschreiben. - aber auch Streuung von Valenzquarks an einem See-antiquark im Baryon kann Dileptonen erzeugen

  31. Signaturen eines QGP Produktion direkter Photonen - Photonen (reelle und virtuelle) nur von elektromagnetischer WW beeinflusst - Photonen stammen aus Quark- Antiquark- Vernichtung zu einem Photon und einem Gluon oder aus der Quark- Gluon Streuung (diese Prozesse gibt es in normaler hadronischer Materie nicht) - Deswegen erhöhte Produktion von Photonen im QGP vermutet

  32. Signaturen eines QGP Neueste Beweise • theoretische Analyse von Au+Au Stößen mit relativistischen Diffusionsmodell • Es werden viele neue Quarks und Gluonen erzeugt • Experiment widerspricht der theoretischen Vorhersage - lokales QGP im thermischen Gleichgewicht soll entstehen

  33. Signaturen eines QGP • Resultate in Bezug auf die Anzahl der Nettoprotonen als Funktion der Rapidität • Verbreiterung durch Diffusion bei höherer Energie • Messpunkte deutlich über Erwartung • Bildung eines lokalen thermischen Gleichgewichts von 14% der Teilchen • Erreichbar durch kurzzeitiges Freisetzen der • Konstituenten, also Erhöhung der Freiheitsgrade

  34. Impulsverteilungen

  35. Verhältnis von Anzahl zur Relativgeschwindigkeitder Fragmente

  36. Nettobaryonenrapidität für relativistisches Diffusionsmodell (links) undfür zentrale Au+Au-Stöße (rechts)

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