Kuark-gluon plazmada lepton çiftleri üretiminin incelenmesi

Abstract

KUARK-GLUON PLAZMADA LEPTON ÇİFTLERİ ÜRETİMİNİN İNCELENMESİ Gülşah BOZKIR Anahtar Kelimeler: Termal Kuantum Renk Dinamiği, Kuarklarm Hapsolması, Kuark-gluon Plazma, Ağır îyon Çarpışmaları, Lepton Çiftleri Üretimi, Lepton Çiftleri Üretiminin Tesir Kesiti. Özet: Termal Kuantum Renk Dinamiğine göre enerji yoğunluğu belirli bir kritik değeri aştığında hadronik madde durumundan Kuark Gluon Plazma (KGP) durumuna faz geçişi olur. Bu faz dönüşümünün p » 0,72 fm`3' den daha büyük baryon yoğunluklarında yada Tc «150-250 MeV sıcaklıkta gerçekleştiği öngörülmektedir. Büyük patlamadan yaklaşık 1 O/us sonra evrendeki maddenin KGP durumunda olduğuna inamlmaktadır. Ayrıca KGP nötron yıldızlarının çekirdeğinde de var olabilir. Ağır iyon çarpışmalarının ilk aşamasında oluşan KGP'nin en önemli sinyallerinden biri lepton çiftleri üretimidir. Lepton çiftleri sadece elektromanyetik olarak etkileştikleri için ortalama serbest yolları çarpışmada oluşan sistemin boyutlarına kıyasla daha büyük olmaktadır. Bu nedenle lepton çiftleri oluşur oluşmaz başka herhangi bir etkileşmeye girmeden şiddetli etkileşme bölgesinden ayrılmakta ve etkileşme hacmi içindeki bilgiyi taşıyarak dedektöre ulaştırmaktadır. Bu çalışmanın amacı KGP'de lepton çiftleri üretimini incelemektir. Üretilen lepton çiftlerinin momentum dağılımı ve üretim hızı, plazmadaki kuark ve antikuarklann momentum dağılmama bağlıdır. Bu tezde standart Feynman kuralları kullanılarak sanal foton aracılığıyla kuark-antikuark yok olmasıyla oluşan lepton çiftleri üretiminin tesir kesiti hesaplanmış ve KGP'nin termodinamik dengede bulunduğu varsayılarak birim invaryant kütle ve birim dört boyutlu hacim basma plazmada üretilen lepton çiftlerinin sayısı incelenmiştir. u

THE INVESTIGATION of LEPTON PAIRS PRODUCTION in QUARK GLUON PLASMA Gülşah BOZKIR Keywords: Thermal Quantum Chromodynamics, Confinement, Quark-Gluon Plasma, Heavy Ion Collisions, Lepton Pairs Production, Cross Section of Lepton Pairs Production. Abstract: Thermal Quantum Chromodynamics (TQCD) predicts a phase transition from a state of hadronic constituents to a plasma of deconfined quarks and gluons, as the energy density exceeds a critical value. This phase transition is predicted to occur at a baryon density of greater than p * 0,72 fm`3 or at a temperature of Tc « 150-250 MeV. It is believed that approximately 10/js after the creation of the universe in the Big Bang all matter was in a state called quark-gluon plasma (QGP). Also QGP may possibly exist in the deep interior of neutron stars. The best probe of the QGP during the earliest phase of the heavy-ion collisions is the lepton pairs production. Since lepton pairs interact only electromagnetically, their mean free path is large compared to the size of the system formed in the collision. Therefore, once a lepton pair is produced, it will leave the interaction region and reach the detector without any further interactions carrying information from inside the interaction volume. The purpose of this study is to investigate lepton pairs production in QGP. The production rate and the momentum distributions of the produced lepton pairs depend on the momentum distribution of quarks and antiquarks in the plasma. In this thesis, the cross section of lepton pairs production by quark-antiquark annihilation via a virtual photon is calculated using standard Feynman rules and assuming that quark- gluon plasma is in thermal equilibrium, the number of lepton pairs produced in the plasma per unit the invariant mass, per unit four volume is obtained. m