O Plasma de Quarks e Glúons

O Plasma de Quarks e Gluons
Carlos Eduardo Aguiar
IF-UFRJ
Quarks
quarks
antiquarks
u c t
d s b
← Qe = 2/3
u
d
← Qe = -2/3
c t
s b
B = 1/3
← Qe = -1/3 B = 1/3
← Qe = 1/3
B = -1/3
B = -1/3
Hádrons
Bárions
q
q
q
Mésons
q
q
A Carga de Cor
r
Q = (Q 1 , Q 2 , K , Q 8 )
fabc ↔ SU(3)
[Qa, Qb] = i fabc Qc
Multipletos de Cor: 1, 3, 3, 6, 6 , 8, K
Q8
Q8
Q8
Q3
Q3
{1} Q = 0
{ 3} Q = 8
2
2
Q3
{ 3} Q 2 = 8
Hádron:
Quark:
Antiquark:
cor = {1}
"branco"
cor = { 3}
"vermelho"
"verde"
"azul"
cor = { 3}
"cian"
"magenta"
"amarelo"
Glúons
quark
glúon
Glúon: cor = {8}
Q2 = 18
quark
A cor é conservada:
r
r
r
Qquark ( i ) = Qquark ( f ) + Qglúon
Cromodinâmica Quântica
(QCD)
g
g
g
g
g
g
g
Não há processos semelhantes na Eletrodinâmica Quântica!
Os fótons não têm carga elétrica.
Confinamento da Cor
Evácuo = B V
Pvácuo = -B
B = "pressão do vácuo"
Equação de Estado (nB=0)
Hádrons:
P = a πT
a π = π / 30(hc)
2
Quarks e Glúons:
3
3 píons, mπ=0
P = a qg T − B
a qg = 37 π / 90(hc)
2
4
4
3
2 quarks , mq=0
Gás Ideal
g
3r
P ( T, µ ) =
T ∫ d q θ ln{1 + θ exp [(ε q − µ ) / T] }
3
( 2π )
εq = p2 + m 2
+ 1
θ=
− 1
Fermi − Dirac
Bose − Einstein
m=0, µ=0 ⇒
gθ
3r
T ∫ d q ln{ 1 + θ exp (q / T) }
P( T) =
3
( 2π )
 gθ

=  2 ∫ dζ ζ 2 ln[1 + θ exp (ζ )] T 4 = a T 4
 2π

Transição de Fase
Quark-Hádron
P (GeV/fm3)
2.0
1.5
Quarks/Glúons
Hádrons
1.0
B = 0.4 GeV/fm3
0.5
0.0
-0.5
0
50
100 150 200 250
T (MeV)
Temperatura Crítica
Ph(Tc) = Pqg(Tc)
 B 

TC = 
a −a 
π 
 qg
1/ 4
B = 400 MeV / fm ⇒ TC = 170 MeV
3
Densidade de Energia
5
Quarks/Glúons
Hádrons
E (GeV/fm3)
4
B = 0.4 GeV/fm3
3
2
1
0
0
50
100 150 200 250
T (MeV)
3 a π T 4 ,
T < TC
E=
4
3
a
T
 qg + B , T > TC
QCD (na rede)
nB = 0
[F. Karsch, 1995]
A História do Universo
Diagrama de Fases da Matéria Nuclear
Colisões de Íons Pesados Relativísticos
Pb+Pb 160 GeV/A
Simulação (URQMD) de uma
Colisão de Íons Pesados Relativísticos
Simulação (VIN) de uma
Colisão de Íons Pesados Relativísticos
Resultados do SPS
Supressão do J/Ψ
Resultados do SPS
Supressão do J/Ψ
Resultados do SPS
Aumento da estranheza
Primeiras Colisões no RHIC
[ STAR 30+30 GeV/A ]
Partículas Produzidas
Termalização
[STAR 65+65 GeV/A]
Hidrodinâmica
Temperatura
Au + Au
Enn = 130 GeV
b = 0 fm
η=0
τ = 1,5,10 fm/c
Hidrodinâmica
Temperatura
Au + Au
Enn = 130 GeV
b = 0 fm
η=0
τ = 2,3,4 fm/c