mgr Niels-Uwe Bastian

Promotor: dr hab. Tobias Fischer

Density functional theory for a unified description of quark-hadron matter and applications in heavy-ion collisions and astrophysics

I recenzent: Prof. dr hab. Paweł Haensel

II recenzent: Prof. dr hab. Piotr Bożek

Pomimo, że model kwarkowy został opracowany juz pół wieku temu, problem uwolnienia koloru pozostaje nierozwiązany we współczesnej fizyce cząstek elementarnych oraz fizyce jądrowej. Teoria oddziaływan silnych, Chromodynamika Kwantowa (z ang. QCD), jest rozwiazywalna numerycznie za pomoca obliczeń z pierwszych zasad na dyskretnych siatkach czasoprzestrzennych, niestety wyłącznie dla linii zerowego potencjału bariochemicznego. W nieperturbacyjnym rejonie wysokich gęstości QCD nie zostało jeszcze rozwiazane i niezbedne jest podejście efektywne. Obecnie powszechnie używa się opisu bazujacego na modelu Nambu–Jona-Lasinio łamania/przywrócenia symetrii chiralnej kwarków. Niestety to podejście nie uwzględnia uwięzienia koloru i nie może ono opisać hadronów. Są one modelowane niezależnie i dodane przy pomocy tak zwanego podejścia dwufazowego. Wyrafinowane podejście do materii hadronowo-kwarkowej powinno opisywać hadrony jako stany związane kwarków, np. na podstawie chiralnego modelu kwarkowego, uwzgldniając oddziaływanie wiążace kolor. W niniejszej rozprawie przedstawione są dwa kroki ku takiemu podejściu. Po pierwsze rozwijamy metodę relatywistycznego funkcjonału gestości, która bierze pod uwagę oddziaływania wyższych rzędów w relatywistycznych układach wielociałowych.Dają one możliwość wyprowadzenia zupełnie nowej klasy równań stanu z mikroskopowym opisem uwiezienia koloru. Metoda ta jest wyprowadzona w sposób samookreslony z formalizmu całek po trajektoriach, bazujac na efektywnym lagranzjanie niskoenergetycznej QCD. Wyrażenia bazowe są w najogólniejszej formie zadane na poziomie średniego pola i mogą być zastosowane do dowolnych temperaturowych stopni swobody oraz struktury chemicznej. Dzięki temu możliwe jest zaaplikowanie modelu do opisu zderzeń ciężkich jonów oraz zjawisk astrofizycznych i -dodatkowo - przewidzieć implikacje możliwych scenariuszy z przejściem fazowym pierwszego rzędu. W szczególności zbadałem produkcje lekkich klastrów (np. deuteronu, czastki _) w zderzeniach ciężkich jonów w energiach dostepnych dla eksperymentu NICA. Co więcej, obliczyłem konfiguracje gwiazd neutronowych ze szczególnym uwzględnieniem zjawiska gwiazd bliźniaczych, tj. trzeciej rodziny gwiazd zwartych. Wyniki mojej rozprawy dały podwaliny pod odkrycie nowego mechanizmu powstawania supernowych typu core-collapse, które prowadzi do udanego wybuchu masywnych błekitnych nadolbrzymów. Dotychczasowe obliczenia numeryczne dla takich gwiazd macierzystych wskazują, że standardowy mechanizm wybuchu supernowych typu core-collapse oparty na neutrinowym transferze ciepła prowadzi do powstania czarnych dziur, co jest sprzeczne z obserwacjami. Po raz pierwszy możliwe było przewidzenie zmian w sygnale fali grawitacyjnej emitowanej w zderzeniu dwóch gwiazd neutronowych, o ile ma miejsce wystarczajaco silne przejście fazowe pierwszego rzędu, a pozostałość po zderzeniu jest wystarczajaco długowieczna. Główna wada powszechnie stosowanych równań stanu jest założenie, że hadrony są cząstkami punktowymi. W drugim kroku opracowałem nowoczesne rozwinięcie tego uproszczenia, które bazuje na samookreślonym formalizmie _-derivable, używajac klastrowego rozwinięcia wirialnego. W takim podejściu hadrony są rozpatrywane na poziomie składowych kwarków i gluonów, podczas gdy oddziaływania z ośrodkiem zadane są przy pomocy relatywistycznego funkcjonału gęstości. Ujęcie to zastępuje dwufazowa konstrukcje przez mikroskopowe rozwinięcie klastrowe i zwięźle opisuje efekty chiralnego przejścia fazowego oraz uwolnienia koloru.
streszczenie , recenzja - prof. dr hab. P. Haensel, recenzja - prof. dr hab. P. Bożek

Uwaga: termin planowany.