Hadron production within a full transport approach with Statistical Hadronization Mechanism in Ultra-Relativistic Heavy Ion Collisions

La materia fortemente interagente è attualmente descritta, a livello fondamentale, dalla Cromodinamica Quantistica (QCD), che è parte del Modello Standard della fisica delle particelle. La teoria descrive l'interazione tra i quark come mediata dai gluoni e possiede due proprietà principali: la libertà asintotica ultravioletta e il confinamento del colore. La combinazione di queste due caratteristiche suggerisce che una materia di quark e gluoni debolmente interagenti, chiamata plasma di quark e gluoni (QGP), dovrebbe esistere solo a temperature e/o densità molto elevate. L'approccio numerico della QCD su retiolo (lQCD) predice che, in condizioni di potenziale chimico barionico nullo, dovrebbe esserci un crossover tra la fase confinata e quella deconfinata ad una temperatura di circa 155 \textnormal{MeV} in un regime non perturbativo. Questa transizione di fase e le proprietà del QGP possono essere sperimentalmente investigate in laboratorio mediante collisioni ultra-relativistiche tra ioni pesanti (URHIC), che sono attualmente riprodotte negli acceleratori LHC al CERN e RHIC a BNL. Durante le collisioni vengono raggiunte densità di energia sufficientemente elevate affinché si formi il QGP e sopravviva per un intervallo di tempo dell'ordine dei 10 \textnormal{fm}/c. Il sistema così creato è altamente dinamico perché il plasma si espande rapidamente e si raffredda fin quando gli adroni finali di colore neutro si formano e vengono osservati nei rivelatori. La complessità del processo implica la necessità di un opportuno modello fenomenologico per la descrizione dell'evoluzione del QGP. Il primo modello utilizzato è stata l'idrodinamica ideale, che ha prodotto risultati in accordo molto buono con i dati sperimentali, suggerendo che il QGP è un fluido quasi perfetto. La più sofisticata idrodinamica viscosa relativistica è capace di fornire informazioni quantitative sui coefficienti del trasporto, confermando valori vicini al limite ideale, compatibilmente con il limite inferiore teoricamente predetto per la viscosità di taglio specifica $\eta/s$ di 1/4π. Un approccio alternativo, che vuole evitare alcune assunzioni fatte dall'idrodinamica, come l'equilibrio termico locale, è quello del trasporto relativistico alla Boltzmann (RBT), in cui la dinamica è descritta dall'equazione relativistica di Boltzmann. In questa tesi presentiamo un approccio RBT, basato sul metodo delle particelle test, in cui si interviene direttamente sull'integrale di collisione per riprodurre gli effettivi dissipativi di una viscosità di taglio specifica finita e fissata a priori $\eta/s$, collegata alla sezione d'urto tra le particelle test mediante l'espansione di Chapman-Enskog. La massa delle particelle dipende dalla temperatura locale in modo tale da riprodurre l'equazione di stato (EoS) di lQCD. Discutiamo recenti test numerici e confronti con altri approcci a mesoscala, mostrando che il nostro RBT ha un ampio range di validità, sia nella massa che nella viscosità di taglio specifica. Applichiamo poi questo approccio ad un trattamento completo 3+1D delle URHIC alle energie di RHIC e LHC. Per descrivere il processo di adronizzazione impieghiamo il meccanismo statistico di adronizzazione (SHM) estraendo una ipersuperficie di singolo freeze-out dalla dinamica sottostante e dandola in input al generatore di eventi \texttt{THERMINATOR 2}, che è basato sul formalismo di Cooper-Frye. In questo modo siamo capaci, fissando un piccolo numero di parametri iniziali, di fare un confronto diretto con le principali osservabili adroniche, come la molteplicità di particelle, il profilo di pseudorapidità delle particelle cariche, gli spettri a rapidità centrale con e senza contenuto di stranezza, il flusso ellittico delle particelle cariche e identificate, come funzione dell'impulso trasverso e della pseudorapidità. In questa tesi presentiamo questo tipo di confronto e mostriamo che c'è un accordo molto buono tra le predizioni teoriche e i dati sperimentali simultaneamente per differenti classi di centralità, ponendo alcuni vincoli sul valore di $\eta/s$, e fornendo, in conclusione, un test, sulla validità di questo approccio RBT, che utilizza un meccanismo di produzione adronica realistico. Il codice così sviluppato è molto versatile, consentendo molti miglioramenti nella descrizione di un URHIC. Permette di andare oltre l'equilibrio locale in modo coerente e senza fare alcun ansatz sulla funzione di distribuzione di singola particella. Dà la possibilità di includere, nel meccanismo di adronizzazione, più o meno informazioni dalla descrizione microscopica sottostante e di utilizzare, simultaneamente e coerentemente con l'SHM, un meccanismo di adronizzazione microscopico come la coalescenza e la frammentazione in diverse regioni di p_T e di studiarne il rispettivo contributo alla produzione finale di particelle. Consente inoltre di incorporare direttamente condizioni iniziali arbitrariamente lontane dall'equilibrio, dando per esempio la possibilità di studiare l'effetto di un'anisotropia iniziale nello spazio dell'impulso sulla dinamica successiva, investigando l'esistenza di eventuali attrattori nei momenti della funzione di distribuzione di singola particella e delle quantità idrodinamiche. L'estensione naturale del lavoro qui presentato è l'inclusione delle fluttuazioni dello stato iniziale e la descrizione, nello stesso schema, delle collisioni pp, pA e AA. Questo rappresenta certamente un approccio potenzialmente molto forte che potrebbe consentire una svolta nella comprensione della fenomenologia attuale.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2022

Author dc:creator

• GALESI, GIUSEPPE

Contributors dc:contributor

• GRECO, VINCENZO

• Boltzmann equation, Quantum Chromodynamics, QCD, Transport, Quark-Gluon Plasma, QGP, Riemann problem, THERMINATOR, Ultra-Relativistic Heavy Ion Collision, RHIC, LHC, Spectra, Yields, Elliptic flow, Statistical Hadronization Model, SHM, Shear viscosity, URHIC, Freeze-out hypersurface, Cooper-Frye, Vlasov equation
• Equazione di Boltzmann, Cromodinamica quantistica, Trasporto, Plasma di Quark e Gluoni, QGP, Cromodinamica Quantistica, QCD, Problema di Riemann, THERMINATOR, Collisioni ultrarelativistiche tra ioni pesanti, RHIC, LHC, Spettri, Flusso ellittico, Modello Statistico di Adronizzazione, SHM, Viscosità di taglio, URHIC, Ipersuperficie di freeze-out, Cooper-Frye, Attratto

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/581572

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/581572