Zayıf birinci derece faz geçişlerinde faz ayrılmasının incelenmesi

Abstract

Ill ÖZET Kuvvetli etkileşmelerin teorisi Kuantum Renk Dinamiğinde (QCD), yüksek sıcaklık kuark-gluon plazma fazı ile alçak sıcaklıktaki hadronik faz arasındaki zayıf birinci derece faz geçişinde faz ayrılma kinetiğinin detayları henüz bilin memekte ve yüksek enerji fiziğindeki güncel araştırmaların odak noktasını oluşturmaktadır. QCD faz geçişlerindeki faz ayrılma mekanizmalarının evrenin ilk zamanları ve kozmoloji modelleri açısından fenomenolojik önemi vardır. Skaler alan teorilerinde birinci derece faz geçişlerinin dinamiği üzerine yapılan çalışmalarda faz değişimi mekanizmasının faz geçişinin şiddetine bağlı olduğu. kuvvetli birinci derece faz geçişinde çekirdekleşme ve zayıf birinci derece faz geçişinde ise spinodal ayrışma mekanizması ile faz ayrılmasının olduğu ileri sürülmüştür. Bu tez çalışmasında, QCD faz geçişlerinin modellendiği üç boyutta 3-yönelimli Potts model ile ben ser kritik özellikler sergileyen iki boyutta 5-yönelimli Potts modeli ele alınmış, faz geçişi şiddeti dış alan yardımıyla zayıflatılarak birinci derece faz geçişinin dinamiği ve faz ayrılma mekanizmaları araştırılmıştır. Dış alan altındaki iki boyutlu 5-yönelimli Potts modelin, sabit alan değerlerinde kritik noktası, küme algoritması ile enerji histogramları oluşturularak bu lunmuştur. Sistem kritik sıcaklık değerlerinde termalize edildikten sonra iki li faz bölgesine ani soğutma yapılarak tekrar termodinamik dengeye ulaşma süreçleri takip edilmiş, dış alan olmadığı durumda faz ayrılma mekanizmasının çekirdekleşme ile, çok zayıf birinci derece faz geçişinde ise spinodal ayrışma mekanizması ile olduğu görülmüştür. Her iki durumda da hesaplanan nice liklerin denge-dışı dinamik davranışlarını gösteren relaksasyonu incelenerek, zamanın bir üstel fonksiyonu olarak sistemdeki kabalaşmayı belirleyen kritik üsteller bulunmuştur.

IV SUMMARY Very little is known about phase transitions in the theory of strong interactions known as quantum chromodynamics (QCD), in particular the details of the phase conversion kinetics in the weak first order phase transition between the high temperature quark-gluon plasma and the nowadays hadronic phase at low temperatures. QCD transition have important phenomenological impacts concerning early universe and the cosmological models. Studies of dynamical properties of first order phase transition for a scalar field theory indicate that the phase conversion mechanism itself depends on the strength of the first order transition and when the transition is strongly (weakly) first order, bubble nucleation (spinodal decomposition) are the favored conversion mechanisms, respectively. In this thesis, the two dimensional 5-state Potts model which has similar criti cal properties to the three dimensional 3-state Potts model of QCD phase transition is studied, the dynamics and the involved phase conversion mecha nisms are investigated by weakening the strength of the first order transition with an external field. The critical points of two dimensional 5-state Potts model under fixed external field are determined by establishing energy histograms via cluster algorithm. After the system is thermalized at critical temperature, it is quenched into the two phase region and the relaxation towards thermal equilibrium at new temperature is followed. We have observed that the phase conversion mech anism is the usual nucleation when there is no external field and is spinodal decomposition for a very weak first order transition. In both cases the critical exponents characterizing the coarsening as a function of time are determined by observing the non-equilibrium relaxation dynamics of the physical quanti ties considered.