Jet momentum broadening in a gluonic plasma from effective kinetic theory

Abstract

In relativistischen Schwerionenkollisionen entsteht ein neuer Materiezustand, das Quark-Gluon-Plasma. Eine Möglichkeit, dessen Eigenschaften zu untersuchen, sind Jets, in der Kollision entstandene hochenergetische Teilchen, die mit den Quarks und Gluonen wechselwirken und dann in einem Detektor gemessen werden können. Die transversale Impulsänderung eines solchen Teilchens kann mit dem jet quenching Parameter q̂ quantifiziert werden, für den ich in dieser Arbeit eine Formel aus der effektiven kinetischen Beschreibung des Plasmas herleite. In unserer Beschreibung kann der Jet hierbei beliebigen Impuls und Richtung relativ zur Strahlachse haben. Wenn man den Grenzwert des Impulses gegen unendlich betrachtet, muss man einen maximalen Impulsübetrag definieren, damit q̂ endlich bleibt. Dann beschreibe ich die Implementierung dieser Formeln in einem C++ Code, der die Zeitentwicklung eines gluonischen Plasmas simuliert. Die numerischen Resultate, die für isotrope Teilchenverteilungen erhalten werden, werden mit bekannten analytischen Berechnungen im thermischen Gleichgewicht und mit experimentellen Grenzwerten verglichen. Außerdem berechne ich q̂ für verschiedene skalierte thermische Verteilungen.

In relativistic heavy-ion collisions a new state of matter is created that is referred to as the Quark-Gluon Plasma (QGP). To probe its properties one can use jets, which are highly energetic particles that are formed in the collision and traverse the plasma, while interacting with quarks and gluons, and can then be measured in a detector. The rate of change of their transverse momentum squared is quantified by the jet quenching parameter q̂, for which, in this thesis, I derive a formula for the effective kinetic theory description of the plasma. In our framework the jet can have an arbitrary momentum and direction with respect to the beam axis. When considering the limit of the jet momentum going to infinity, we need to introduce a momentum cutoff in order to render q̂ finite. I then describe the implementation of the corresponding formulae in a C++ code that simulates the time-evolution of a gluonic plasma. The numerical results obtained for isotropic particle distributions are finally compared with previous analytic calculations in thermal equilibrium and with bounds from experimental observations. Moreover, I also compute q̂ for different scaled thermal distributions.