Nazwa Projektu: Dynamika początkowej fazy zderzenia relatywistycznych układów hadronowych z poprawkami subeikonalnymi

Akronim Projektu: SONATA 17

Budżet Projektu: 201 480 PLN

Czas trwania projektu: 27.07.2022- 26.07.2025

Kierownik Projektu: dr Alina Czajka

Opis Projektu:

Zaproponowany projekt ma na celu opis początkowej fazy zderzenia ciężkich jąder przy użyciu metod Chromodynamiki Kwantowej (QCD) uwzględniając poprawki subeikonalne. Początkową fazę zderzenia należy rozumieć zarówno jako opis ciężkiego jądra przed zderzeniem jak i dynamikę silnie oddziaływającej materii tuż po zderzeniu. Najbardziej fundamentalny opis wysokoenergetycznego ciężkiego jądra powinien być dostarczony przez QCD – teorię oddziaływań silnych. Jednakże, ze względu na różnorodność skal energetycznych, statystyczną naturę ośrodka oraz efekty nieperturbacyjne, taki opis jest bardzo trudny do znalezienia. Alternatywnie uważa się, że Colour Glass Condensate (CGC), teoria efektywna QCD, daje obecnie najlepsze teoretyczne narzędzia do opisu hadronowych funkcji falowych, a następnie określania wielkości fizycznych. Szczególną rolę odgrywa tu zjawisko saturacji, występujące przy wysokich energiach, gdy emisja tzw. „miękkich” gluonów z ładunków kolorowych zaczyna być równoważona przez ich rekombinację. Ważną częścią metodologii CGC jest model McLerrana-Venugopalana (MV model). W jego standardowym ujęciu ustalona jest skala separująca szybko poruszające się źródła kolorowe (kwarki walencyjne) oraz „miękkie” klasyczne pola gluonowe, generowane przez źródła. Powszechnym przybliżeniem, upraszczającym opis lorentzowsko spłaszczonego jądra, jest przybliżenie eikonalne. Prowadzi ono m.in.. do założeń, że źródła kolorowe są dobrze zlokalizowane na stożku świetlnym, a pola chromoelektryczne i chromomagnetyczne stowarzyszone z klasycznymi polami gluonowymi leżą w płaszczyźnie przyspieszonego jądra i są poprzeczne do siebie. Stosując model MV możliwy staję się opis mikroskopowy układu jądrowego po zderzeniu, tzw. glazmy. Wówczas generowane są podłużne pola chromodynamiczne, których rozpad determinuje ewolucję glazmy i produkcję cząstek. Faza początkowa zderzenia determinuje dalszą ewolucję plazmy kwarkowo-gluonowej. W fazie początkowej zakodowane są profile gęstości energii i przepływu prędkości, które określają warunki początkowe do następnej fazy hydrodynamicznej. Ponad to, fluktuacje położeń nukleonów i ładunków kolorowych w jądrach, a także uśrednianie „event-by-event” są ważne do konsystentnego opisu asymetrii azymutalnych widm stanów końcowych. Faza początkowa powinna również zawierać informacje o niestabilnościach, które doprowadzają silnie anizotropowy układ do równowagi, oraz uwzględniać konsystentny opis zjawisk spinowych, które tylko częściowo są zrozumiane. Głównymi powodami, dla których wspomniane efekty nie są dobrze wyjaśnione jest to, że faza początkowa zderzenia jest najtrudniej dostępna eksperymentalnie oraz dostępne modele teoretyczne, które symulują tę fazę, polegają na zbyt daleko idących uproszczeniach i założeniach. W erze precyzji pomiarów chcielibyśmy mieć modele, które wychodzą poza te uproszczenia, w szczególności poza przybliżenie eikonalne. Motywowany wspomnianymi potrzebami proponowany projekt składa się z następujących zadań: Zadanie 1: Rozszerzenie modelu McLerrana-Venugopalana poprzez uwzględnienie efektów zakodowanych w poprawkach subeikonalnych. To zadanie ma na celu sformułowanie rozszerzonego modelu MV, który opisuje ciężkie relatywistyczne jądro, kiedy wewnętrzna dynamika jądra o skończonej szerokości w kierunku jego propagacji jest uwzględniona. W takim przypadku nie tylko poprzeczne pola chromodynamiczne, ale również pola podłużne muszą być uwzględnione. Planuje się rozwiązanie odpowiednich równań Yang-Millsa i wyprowadzenie korelatorów pól, zawierających fizyczne pole gluonowe. Wyprowadzony korelator będzie mógł być użyty do obliczenia różnorakich obserwabli, w szczególności tych związanych ze spinem. Zadanie 2: Procesy rozproszeniowe na poziomie subeikonalnym. W tym zadaniu zamierza się zastosować wyniki wyprowadzone w Zadaniu 1, w szczególności korelator zawierający fizyczne pole gluonowe, do znalezienia przekrojów czynnych kilku procesów rozproszeniowych. Zadanie 3: Tensor energii-pędu z efektami subeikonalnymi w momencie zderzenia ciężkich jonów. Celem tego zadania jest oszacowanie na ile ważne są asymetrie spinowe, pojawiające się na poziomie subeikonalnym, w początkowej fazie zderzenia ciężkich jąder oraz jaki wpływ mają poprawki subeikonalne we fluktuacjach różnych wielkości fizycznych. Aby to określi zamierza się znaleźć warunki brzegowe dla pól glazmy na poziomie subeikonalnym oraz określić odpowiednią postać tensora energii-pędu.