Traitement amélioré de la description théorique de la dynamique des quarkonia dans le plasma quarks-gluons : de l'approximation semi-classique aux équations maîtresses quantiques unifiées entre le régime brownien quantique et le régime optique quantique

Improved theoretical treatment of the dynamics of quarkonia in the quark gluon plasma : from semiclassical approximation to unified quantum master equations between the quantum Brownian and the quantum optical regimes

• Auteur / Autrice : Aoumeur Daddi Hammou
• Direction : Pol-Bernard Gossiaux, Thierry Gousset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique subatomique (nucléaire et des particules)
• Date : Soutenance le 02/10/2024
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Elena Ferreiro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pol-Bernard Gossiaux, Thierry Gousset, Nora Brambilla, Jean-Paul Blaizot, Hubert Hansen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elena Ferreiro, Nora Brambilla

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équations

Théorie quantique

Plasma quark-gluon

Mots clés libres

Quark-Gluon plasma

Quarkonia

Systèmes quantiques ouverts

Approximation semi-classique

Quark-Gluon plasma

Quarkonia

Open quantum systems

Semiclassical approximation

Résumé

Les quarkonia lourds sont l'une des sondes du plasma de quarks et de gluons (QGP) formé dans les collisions ultrarelativistes d'ions lourds. Au cours de la dernière décennie, l'utilisation du formalisme des systèmes quantiques ouverts (SQO) dans l'étude de la dynamique des quarkonia dans le QGP a suscité un intérêt croissant. En particulier, il a été montré que l'équation de Lindblad peut donner lieu à des équations semi-classiques, qui ont été précédemment utilisées par plusieurs modèles phénoménologiques. Dans une première partie de cette thèse, nous étudions la validité de l'approximation semi-classique, et sa capacité à décrire certains effets quantiques non triviaux et à atteindre la limite thermique appropriée. La deuxième partie de la thèse a pour but de relever certains défis théoriques associés à l'utilisation du formalisme SQO dans l'étude de la dynamique des quarkonia dans le QGP. En particulier, en raison de l'aspect dynamique du QGP et de sa température dépendant du temps, la dynamique des quarkonia dans le QGP couvre deux régimes différents du formalisme SQO qui sont décrits par deux équations maîtresses différentes, à savoir le régime brownien quantique et le régime optique quantique. Nous explorons tout d'abord la transition entre les deux régimes et élucidons le lien entre leurs équations maîtresses respectives. Ensuite, afin de décrire l'évolution temporelle complète du quarkonia dans le QGP avec une seule équation maîtresse, nous appliquons l'équation universelle de Lindblad au système QGPquarkonia et dérivons un ensemble d'équations universelles couplées des états singlet et octet.

Heavy quarkonia are one of the probes of Quark-Gluon Plasma (QGP) formed in Ultra-Relativistic Heavy-Ion collisions (URHIC). Over the past decade, there has been an increasing interest in the use of open quantum systems (OQS) formalism in the study of the in- QGP quarkonia dynamics. In particular, it has been shown that the Lindblad equation can result in semiclassical equations, which have been previously employed by several phenomenological models. In the first part of this thesis, we investigate the validity of the semiclassical approximation, and its ability to describe certain non-trivial quantum effects and reach the appropriate thermal limit. The second part of the thesis aims to address some theoretical challenges associated with the use of the OQS formalism in the study of in-QGP quarkonia dynamics. In particular, due to the dynamical aspect of the QGP and its time-dependent temperature, the dynamics of in- QGP quarkonia covers two different regimes of the OQS formalism, which are described by two different master equations, namely, the quantum Brownian and optical regimes. We first explore the transition between the two regimes and elucidate the link between their respective master equations. Secondly, in order to describe the complete in-QGP quarkonia time evolution with a single master equation, we apply the universal Lindblad equation (ULE) to the QGP-quarkonia system and derive a set of coupled singlet-octet universal equations.