Production de partons en présence des champs classiques dans des collisions ultra-relativistes d'ions lourds

Production of partons in the presence of classical fields in ultrarelativistic heavy-ion collisions

• Auteur / Autrice : Dennis Dean Dietrich
• Direction : Jean-Pierre Coffin, Walter Greiner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Partons

Particules (physique)

Champs, Théorie des (physique)

Interactions d'ions lourds

Collisions (physique nucléaire)

Résumé

Des collisions ultra-relativistes d'ions lourds à la plus haute énergie dans le centre de masse jamais obtenue sont envisagées pour le Large Hadron Collider (LHC). Dans des collisions hadroniques à une énergie plus élevée on peut explorer des valeurs plus petites du Bjorken-x. Basé sur des principes fondamentales formulés dans la Chromodynamique Quantique (CDQ), il peut être démontré que des valeurs plus petites du x correspondent à des valeurs plus grandes de la densité des particules. À partir des densités de partons suffisantes, des effets non-linéarites dans l'évolution des distributions de particules commencent à jouer un rôle important. Pour identifier une phase de l'évolution non-linéaire, il y a plusieurs signatures possibles à l'impulsion et/ou masse haute (signatures dures) comme des jets et minijets. Ils portent des informations de la phase initiale de la réaction vers les détecteurs. Pour décrire ce régime d'évolution non-linéaire on peut commencer avec des distributions de partons saturées au maximum. Ca permet une description initialement classique. Les gluons à l'énergie haute ne sont pas décrites assez bien par un champs non-quantisé et il n'existe pas de concept classique. Les calculs présentés dans cette œuvre concernent des effets quantiques au dessus du champ classique. Les phénomènes contiennent la production des couples quark-antiquarks et des couples des fluctuations bosoniques. Les résultats dans cette thèse décrivent exactement la contribution principale à la production de fermions et antifermions en présence des champs en fonction du temps cinématique. En plus, des approximations différents sont discutées et une formule de résummation donne des approximations arbitraires. Pendant les calculs le propagateur exact des fermions dans des champs en fonction du temps a été obtenu. Tout les résultats trouvés ici pour la CDQ sont également applicables dans l'électrodynamique quantique et pour la photoproduction des couples quarks-antiquarks.

Ultra-relativistic heavy-ion collisions at the largest centre-of-mass energies ever reached are envisaged for the Large Hadron Collider (LHC). In hadronic collisions at higher energies one can explore smaller values of Bjorken-x. Based on the basic principles formulated in Quantum Chromodynamics (QCD), it can be shown that smaller values of x correspond to larger parton densities. For sufficiently elevated particle densities non-linear effects start playing an important role in the evolution of the parton distribution functions. In order to investigate the phase of non-linear evolution, there are several hard probes at hand like jets and minijets. They carry the information from the initial phase of the reaction to the detector. In order to describe this regime of non-linear evolution it is possible to begin with maximally saturated parton distributions. This allows for an initially classical treatment. Gluons with large momenta are not well described by a classical field, neither is there such a concept for quarks and antiquarks. The calculations presented in this work concern quantum effects of the first order in the uncompensated coupling constant. The phenomena beyond the classical gluonic field comprise the production of fermion-antifermion pairs as well as of pairs of bosonic fluctuations. The results in this thesis describe exactly the principal contribution to the production of fermions and antifermions in the presence of time-dependent fields. Additionally, various approximation schemes are discussed explicitly and a general resummation formula provides the means for the determination of arbitrary approximations. In the course of the derivations the full fermionic propagator has been obtained in a time-dependent field. All the results found in this context for QCD are equally applicable in quantum electrodynamics or in the case of combined effects of both theories together like the photoproduction of quarks and antiquarks.