title: Early Thermalization and Hydrodynamic Expansion in Nuclear Collisions at RHIC
Creators: name: Kolb, Peter Franz
Publisher: name: Universität Regensburg
Year: 2002
Subjects: subject: Kernphysik , Relativistische Schwerionenreaktion , Hydrodynamisches Modell , Thermalisierung , , Nuclear Physics , relativistic heavy ion collisions , hydrodynamic mode l, thermalization
subject: 530 Physik
subject: 25.75.-q
subject: 25.75.Gz
subject: 25.75.Ld

description: In der uns umgebenden Welt sind farbgeladene Teilchen, die Quarks und Gluonen, in farbneutrale Verbände, den Hadronen, zusammengeschlossen. Quantenchromodynamik, die Theorie der starken Wechselwirkung, gibt Hinweise, dass bei hohen Temperaturen dieser Farbeinschluss aufgehoben wird, so dass die mikroskopischen Freiheitsgrade durch die Quarks und Gluonen gegeben sind. Mit Hilfe von Schwerionenkollisionen bei ultrarelativistischen Energien versucht man experimentell solche Bedingungen zu realisieren und zu studieren. Insbesondere hofft man einen Zustand lokalen thermodynamischen Gleichgewichts zu erzeugen, um die thermodynamischen Eigenschaften eines solchen `Quark-Gluonen-Plasmas´ studieren zu können. Die vorliegende Arbeit untersucht die Expansionsphase des erzeugten Feuerballs im Rahmen eines hydrodynamischen Modells. Von besonderem Interesse sind dabei Phänomene, welche durch die anisotrope Geometrie in nicht-zentralen Kollisionen hervorgerufen wird. Es wird gezeigt, dass die dadurch entstehenden Anisotropien im Impulsraum (elliptischer Fluss) früh aufgebaut werden, und somit Information aus der heißesten Phase mit sich tragen. Der Vergleich mit experimentellen Daten des relativistischen Schwerionenenbeschleunigers, RHIC aus dem Jahr 2000 (Gold-Gold Kollisionen mit Schwerpunktsenergie von 130 GeV pro Nukleon), geben starke Hinweise darauf, dass sich im Reaktionsbereich sehr rasch lokales thermodynamisches Gleichgewicht einstellt, mit Freiheitsgraden, welche durch die Quarks und Gluonen vorgegeben sind. Während die Entwicklung der Dynamik in diesem Bild verstanden ist, haben neue experimentelle Resultate Fragen zur Geometrie der Ausfrierfläche der gemessenen Hadronen aufgeworfen. Mögliche Ursachen für diese Diskrepanz werden zum Schluss der Arbeit diskutiert. Auch hier kann die deformierte Geometrie nichtzentraler Stöße weitere Auskunft zur Dynamik des Ausfrierprozesses geben.
description: In the world that surrounds us, particles with color charge - quarks and gluons - are confined to color neutral entities, called hadrons. Quantumchromodynamics, the theory of strongly interacting matter, provides indications that under extreme conditions this color confinement is released and that the microscopic degrees of freedom that determine the thermodynamic behavior of the system is given by the quarks and gluons. Experimentally, one aims to achieve and study these conditions in collisions of heavy ions with ultrarelativistic energies. In particular one hopes to create a system in local thermal equilibrium to study the thermodynamic properties of such a `quark-gluon-plasma´. This work examines the expansion stage of the produced fireball in terms of a hydrodynamic model. Phenomena which result from the anisotropic geometry in non-central collisions are thereby of special interest. It is shown that the thereby generated anisotropies in momentum space (elliptic flow) form early on in the collision, and therefore contain information from the hottest stage. Comparisons with numerous experimental data from the Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC, from the year 2000 (gold-gold collisions with center of mass energies of 130 GeV per nucleon), give strong indications that local thermodynamic equilibrium is rapidly reached in the reaction volume, with degrees of freedom that are determined through quarks and gluons. Whereas the evolution of the dynamic fields is therfore well understood, more recent experimental results raised questions regarding the geometry of the particle liberating freeze-out surface. Possible reasons for this discrepancy are studied at the end of this thesis. Again, the deformed geometry of non-central collisions might hold further clues on the dynamics of the freeze-out process.