Quantum Chromodynamics at small Bjorken-x

Datum: 3 juli 2017

Locatie: UAntwerpen, Stadscampus, Willem Elschotzaal, Hof Van Liere - Prinsstraat 13 - 2000 Antwerpen (route: UAntwerpen, Stadscampus)

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Pieter Taels

Promotor: Pierre Van Mechelen

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Pieter Taels - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

In deeltjesversnellers zoals de Large Hadron Collider (LHC) in CERN, Genève, worden protonen met een enorme energie tegen elkaar geschoten. De botsing die volgt breekt de protonen open en legt hun substructuur bloot: een gecompliceerd systeem van quarks en gluonen —elementaire bouwstenen van materie, die onderling interageren door de sterke wisselwerking.

De sterke wisselwerking tussen quarks en gluonen wordt beschreven door een theorie die bekend staat als Kwantumchromodynamica (QCD). Hoewel de ontwikkeling van deze theorie zelf reeds afgerond werd in het midden van de jaren zeventig, en de juistheid ervan later bevestigd werd in de succesvolle beschrijving van verschillende experimenten, is het tot op vandaag een open vraag hoe de interactie van quarks en gluonen nu precies tot protonen leidt. Deze laatsten maken de kern van atomen op, en vanuit dit standpunt kan de LHC beschouwd worden als een gigantische microscoop die de ‘microscopische’ structuur (quarks en gluonen) onderzoekt van ‘macroscopische’ objecten (protonen).

In het bijzonder is het tegenwoordig —door de komst van krachtigere deeltjesversnellers— mogelijk om de structuur van protonen te onderzoeken in een regime waarin deze gluonen een rol spelen die slechts een zeer kleine fractie (Bjorken-x) van de energie van het proton dragen. In dit regime kan de dichtheid aan gluonen zo groot worden dat niet-lineaire effecten een rol beginnen te spelen. Deze situatie wordt theoretisch beschreven door het zogenaamde Color Glass Condensate (CGC), een theorie binnen de QCD, speciaal hiervoor ontwikkeld.

Deze thesis begint met een inleiding in QCD bij hoge energieën, waarna het CGC wordt geïntroduceerd. Daarna worden er twee projecten besproken, waarin telkens het CGC wordt toegepast op een probleem binnen QCD.

In het eerste project bekijken we, vanuit de invalshoek van het CGC, de kwestie van driedimensionale gluondichtheden (gluon TMDs) van een atoomkern. In tegenstelling tot ééndimensionale gluondichtheden, die theoretisch en experimenteel goed gekend zijn, zijn gluon TMDs afhankelijk zijn van het specifieke proces dat wordt bestudeerd. We verduidelijken hoe dit in elkaar zit vanuit het standpunt van het CGC en gebruiken deze theorie om de verschillende dichtheden te modelleren.

In een tweede project bestuderen we het probleem van gluon straling binnenin een nucleair medium. Dit is relevant voor experimenten aan de LHC of in RHIC (Brookhaven, USA) waarin in plaats van protonen zware lood- of goudionen met elkaar in botsing worden gebracht. In zulke botsingen wordt het zogenaamde Quark-Gluon Plasma (QGP) gevormd, waarin quarks en gluonen een fractie van een seconde vrij interageren bij een onvoorstelbaar hoge dichtheid en temperatuur. Studie van hoe straling plaatsvindt binnenin zo een medium, dat voorkwam in de eerste momenten na de oerknal, maakt het mogelijk om het QGP beter te bestuderen.



Url: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen