Simulation of quark-gluon plasma initial states with Monte-Carlo EKRT model

Tutkin tässä väitöskirjassa ultrarelativistisissa raskasionitörmäyksissä syntyvän kvarkki-gluoniplasman (QGP) hydrodynaamista alkutilaa. Olen ohjelmoinut tätä tarkoitusta varten alusta alkaen uuden Monte Carlo (MC) -toteutuksen jo menestyneestä Eskola-Kajantie-Ruuskanen-Tuominen (EKRT) alkutilamallista. MCEKRT -mallissa raskasionitörmäyksessä syntyvää energiatiheyttä mallinnetaan minijettien avulla. Minijetit ovat kvanttiväridynamiikan häiriöteorialla (pQCD) tuotettuja kvarkkeja ja gluoneja, joilla on erittäin pieni poikittaisliikemäärä pT— jopa 1 GeV. Mallin keskeinen rakennusosa on saturaatio-oletus, joka ottaa huomioon paikalliset ainetiheyden vaihtelut törmäyksestä toiseen (EbyE). Saturaation tehtävä on dynaamisesti rajoittaa tuotettujen minijettien multiplisiteettiä. Sen ohella, että uudessa MC-EKRT:ssä minijettien tuotto vaihtelee EbyE, mallin tärkein uusi ominaisuus on tuotetun QGP-alkutilan rapiditeettiriippuvuus. Koska minijettien neliliikemäärät tunnetaan, voidaan myös QGP-alkutilan energialiikemäärätensori T^μν laskea jokaiselle törmäykselle erikseen. Tämä mahdollistaa plasman rapiditeettiriippuvaisten suureiden 3+1 ulotteisen (3+1D) hydrodynaamisen simulaation. Toinen merkittävä uusi ominaisuus on partonien jakaumafunktiot (PDF:t), jotka ottavat huomioon paikkariippuvuuden ydinvarjostuksessa uudella tavalla, joka sallii myös kaikkein voimakkaimmat tiheysvaihtelut ydinaineessa. Tekemääni tapahtumageneraattoriin on sisällytetty myös energian ja valenssikvarkkien lukumäärien säilymisvaatimus, sekä nukleonien alirakennemalli, ja lisäksi sen tuottamien minijettien partonimakua seurataan. MC-EKRT-tapahtumageneraattorin ytimessä on kahden jetin tuottamisen inklusiivisen pQCD-vaikutusalan σjet laskeminen ydinvarjostuksella kahden nukleonin törmäyksessä. Käytimme samaa laskentaa artikkelissa [PI] tutkiessamme tarvetta ottaa huomioon ydinvarjostus Monte Carlo Glauber -malleissa käyttämällä rajoitteina viimeaikaisia kokeellisia LHC-tuloksia raskaiden vektoribosonien tuotosta. Artikkelissa [PII] käymme MC-EKRT -mallin yksityiskohtaisesti läpi ja annamme esimerkin MC-EKRT-alkutilojen käytöstä keskeisyysluokkakeskiarvoistetussa 3+1D hydrodynaamisessa simulaatiossa. Artikkeli [PIII] havainnollistaa MC-EKRT-alkutilojen käyttöä puskuinvariantissa 2+1D EbyE hydrodynaamisessa simulaatiossa. Tuottamamme teoreettiset ennusteet yhtenevät erinomaisesti kokeellisten tulosten kanssa varattujen hiukkasten multiplisiteetin rapiditeettiriippuvuudesta dN_ch/dη lyijy–lyijy –törmäyksissä energioilla √sNN = 5.02 TeV ja 2.76 TeV, sekä kulta–kulta –törmäyksissä energialla √sNN = 200 GeV. Samoin vastaavien virtauskertoimien v_n lasketut arvot olivat hyvin yhteneviä kokeellisesti havaittujen kanssa.