Effects of bulk viscosity in relativistic heavy ion collisions

Abstract

Relativistisissa raskasionitörmäyksissä syntyy ainetta, jota kutsutaan kvarkki-gluoniplasmaksi (QGP). QGP on ainetta, joka koostuu heikosti kytketyistä kvarkeista ja gluoneista ja sitä syntyy ainoastaan erittäin korkeissa lämpötiloissa tai paineissa. Kun törmäyksessä syntynyt QGP alkaa jäähtymään, se kokee faasitransition hadronikaasuksi. QGP:n ja hadronikaasun kehitystä voidaan mallintaa käyttäen relativistista hydrodynamiikkaa, joka on fluidin dynamiikkaa kuvaava efektiivinen teoria. Tämä tutkielma käsittelee erityisesti tilavuusviskositeetin vaikutusta raskasionitörmäyksiin Pb+Pb törmäyksissä, joissa $\sqrt{s_{NN}}$ = 2.76 TeV. Alkutila hydrodynaamiselle kehitykselle saatiin EKRT-mallin avulla ja irtikytkeytyminen toteutettiin Cooper-Frye menetelmällä. Saaduista tuloksista nähtiin, että tilavuusviskositeetti hidasti systeemin laajenemista ja sitä kautta pienesi lopputilan hiukkasten keskimääräisiä poikittaisliikemääriä.

In relativistic heavy ion collisions substance called quark-gluon plasma (QGP) is created. The Quark gluon plasma is a matter which consists from a weakly coupled quarks and gluons and it can only be created on extreme temperatures or pressures. After QGP cools down it experiences phase transition to the hadron gas. The evolution of QGP and hadron gas can be modeled using the relativistic hydrodynamics, which is effective theory describing dynamics of the fluids. In this thesis we are particularly interested about effects of the bulk viscosity in Pb+Pb collisions with $\sqrt{s_{NN}}$ = 2.76 TeV. Initial state for hydrodynamic evolution was calculated using the EKRT-model and freeze-out was done using Cooper-Frye procedure. We found out that the bulk viscosity caused expansion of the system to slow down which evidently decreased average transverse momentum of the final state particles.