The main goal of this work is a comprehensive description of lattice QCD thermodynamics at finite quark chemical potential. As a first step a phenomenologically successful quasiparticle model that describes lattice results of the equation of state for the deconfined phase of QCD for Tc < T < 4 Tc is extended to finite quark chemical potential mu. The phase diagram and finite density corrections to the equation of state are calculated and compared to lattice QCD results. Subsequently, an improved model based on two fundamental features of QCD, confinement and chiral symmetry and its spontaneous breaking at low temperatures, is developed. In this generalized Nambu-Jona-Lasinio model quarks couple simultaneously to the chiral condensate and to a background temporal gauge field representing Polyakov loop dynamics. The chiral condensate and the Polyakov loop as functions of temperature and quark chemical potential are calculated by minimizing the thermodynamic potential of the system. The resulting equation of state, (scaled) pressure difference and quark number density at finite quark chemical potential are then confronted with corresponding lattice QCD data. Finally this model is extended to the physically relevant three-flavor case.
Translated abstract:
Das Hauptziel dieser Arbeit liegt in einer umfassenden Beschreibung der Gitter-QCD Thermodynamik bei endlichem chemischen Potential. Zuerst wird ein phänomenologisch erfolgreiches Quasiteilchenmodell, daß Gitter-QCD Ergebnisse für die Zustandsgleichung des Quark-Gluon-Plasmas im Bereich Tc < T < 4 Tc erfolgreich beschreibt, auf endliches chemisches Potential der Quarks erweitert. Das Phasendiagramm und Korrekturen zur Zustandsgleichung bei endlicher Quarkdichte werden berechnet. Als nächstes wird ein neues Modell entwickelt, daß auf zwei der grundlegenden Eigenschaften der QCD, Confinement und chiraler Symmetriebrechung, basiert. In diesem verallgemeinerten Nambu-Jona-Lasinio Modell koppeln Quarks gleichzeitig an das chirale Kondensat und ein zeitartiges Hintergrund-Eichfeld, daß die Dynamik des Polyakov Loop repräsentiert. Das chirale Kondensat und der Polyakov Loop werden als Funktion der Temperatur und des chemischen Potentials der Quarks durch Minimieren des thermodynamischen Potentials berechnet. Die resultierende Zustandsgleichung, die (skalierte) Druckdifferenz und die Quarkdichte bei endlichem chemischen Potential der Quarks werden dann mit entsprechenden Gitter-QCD Daten verglichen. Schließlich wird das Modell noch auf den physikalisch relevanten 3-Flavor-Fall erweitert.
Publication :
Universitätsbibliothek der Technischen Universität München
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