Probing the Quark-Gluon Plasma properties through Heavy Quarks' dynamics: transport coefficients and elliptic flow

La Cromodinamica Quantistica (QCD) è la teoria di gauge non-abeliana che nell'ambito del Modello Standard descrive l'interazione forte fra quark e gluoni. La QCD possiede due proprietà principali: il confinamento e la libertà asintotica. A causa del confinamento quark e gluoni nella materia ordinaria non possono esistere isolati, ma formano stati legati privi di colore noti come adroni. La libertà asintotica si riferisce al fatto che la costante di accoppiamento della QCD diminuisce all'aumentare dell'energia del processo fisico. Essa implica anche che in condizioni estreme di alta temperatura o densità quark e gluoni interagiscono così debolmente da essere rilasciati dagli adroni e formare un nuovo stato di materia chiamato Quark-Gluon Plasma (QGP). Calcoli numerici basati sulla soluzione della QCD su reticolo (lQCD) hanno mostrato che questa transizione di fase è in realtà un crossover che si verifica ad una temperatura critica Tc=155 MeV. Lo studio della materia nucleare in condizioni estreme è oggetto principale degli esperimenti al Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC) e al Large Hadron Collider (LHC) dove si effettuano collisioni di ioni pesanti (HICs) ad energie ultrarelativisitche per creare il QGP a potenziale barionico nullo e con una temperatura iniziale di circa T = 3Tc. In questo scenario i quark pesanti (HQs), charm e bottom, hanno un ruolo unico. Infatti, a causa della loro massa elevata, essi vengono creati da processi hard negli stati iniziali di HICs e inoltre il loro tempo di termalizzazione è confrontabile con la vita media del QGP. Perciò i HQs si propagano lungo l intera fase evolutiva della fireball preservando molte informazioni sulle loro proprietà dinamiche. Le più importanti osservabili sono il fattore di modificazione nucleare RAA e il flusso ellittico v2. I modelli teorici mirano a fornire una descrizione simultanea delle due osservabili misurate sia a RHIC che a LHC. In questa tesi descriviamo la dinamica dei HQs all'interno del QGP per mezzo di un approccio del trasporto relativistico di Boltzmann. Includiamo gli effetti non-perturbativi della QCD attraverso un modello a Quasi-Particelle (QPM) in cui quark leggeri e gluoni sono rivestiti con una massa termica e la dipendenza da T della costante di accoppiamento è fittata sulla termodinamica di lQCD. Nella prima parte ci concentriamo sullo studio dei coefficienti del trasporto dei HQs effettuando simulazioni in un mezzo statico. Quindi confrontiamo i risultati estratti per i coefficienti di drag e diffusion con dei calcoli ottenuti attraverso un integrazione Montecarlo e studiamo la soppressione dei quark charm confrontando vari modelli teorici. Nella seconda parte discutiamo l evoluzione dinamica dei HQs nel QGP in simulazioni HICs realistiche. Osserviamo che con l'interazione QPM, che determina un coefficiente di drag costante vicino a Tc, descriviamo simultaneamente RAA e v2 dei mesoni D alle energie di RHIC e di LHC. Per confrontarci con le misure sperimentali accoppiamo gli spettri finali dei HQs con un meccanismo di adronizzazione basato su un modello ibrido di frammentazione e coalescenza con cui spieghiamo anche il rapporto elevato barioni-mesoni in HICs. Con lo stesso approccio del trasporto riportiamo le nostre predizioni per RAA e v2 dei mesoni B. Una novità di questo lavoro è rappresentata dall impatto della produzione elevata di barioni Lambdac in HICs sul fattore di modificazione nucleare dei mesoni D. Infine presentiamo le nostre stime sul coefficiente di diffusione spaziale Ds(T) dei quark charm mostrando che esse sono in accordo con i valori calcolati in lQCD. Ciò dimostra che entro le incertezze di lQCD è possibile esplorare le proprietà dell interazione di QCD attraverso la termalizzazione dei HQs. Mostriamo inoltre che lo studio del Ds alla scala di massa del quark bottom riduce le incertezze che derivano dai modelli del trasporto utilizzati e garantisce un maggiore accordo con l approssimazione statica di lQCD.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2019

Author dc:creator

• COCI, GABRIELE

Contributors dc:contributor

• GRECO, VINCENZO
• BELLINI, Vincenzo

• Quark-Gluon Plasma, transport theory, heavy quarks

Statement dc:rights

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

Language dc:language

eng

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/582794

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/582794