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Transport coefficients of strongly interacting matter

Heckmann, Klaus :
Transport coefficients of strongly interacting matter.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2011)

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Transport coefficients of strongly interacting matter (Dissertation) - PDF (Transport coefficients of strongly interacting matter)
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Transport coefficients of strongly interacting matter
Language: English
Abstract:

In this thesis, we investigate the dissipative transport phenomena of strongly interacting matter. The special interest is in the shear viscosity and its value divided by entropy density. The performed calculations are based on effective models for Quantum Chromodynamics, mostly focused on the 2-flavor Nambu-Jona-Lasinio model. This allows us to study the hadronic sector as well as the quark sector within one single model. We expand the models up to next-to-leading order in inverse numbers of colors. We present different possibilities of calculating linear transport coefficients and give an overview over qualitative properties as well as over recent ideas concerning ideal fluids. As present methods are not able to calculate the quark two-point function in Minkowski space-time in the self-consistent approximation scheme of the Nambu-Jona-Lasinio model, a new method for this purpose is developed. This self-energy parametrization method is applied to the expansion scheme, yielding the quark spectral function with meson back-coupling effects. The usage of this spectral function in the transport calculation is only one result of this work. We also test the application of different transport approaches in the NJL model, and find an interesting behavior of the shear viscosity at the critical end point of the phase diagram. We also use the NJL model to calculate the viscosity of a pion gas in the dilute regime. After an analysis of other models for pions and their interaction, we find that the NJL-result leads to an important modification of transport properties in comparison with the calculations which purely rely on pion properties in the vacuum.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In dieser Arbeit werden Transporteigenschaften von stark wechselwirkender Materie untersucht. Im Mittelpunkt steht hierbei der lineare Scherviskositäts-Koeffizient. Die Scherviskosität gilt nicht nur als dominierender Ursprung von Dissipation in heißer und dichter Materie, sondern kann auch eine Aussage darüber machen, wie ideal ein Fluid ist. So ist auch ein Augenmerk dieser Arbeit darauf gerichtet, das Verhältnis von Scherviskosität und Entropiedichte auf eine mögliche universelle untere Grenze hin zu untersuchen. Dafür werden mikroskopische Berechnungen des Koeffizienten angestellt, die in erster Linie auf dem Nambu-Jona-Lasinio-Modell beruhen. Innerhalb dieses effektiven Modells für die Quantenchromodynamik kann sowohl die hadronische Phase bei kleinen Temperaturen wie auch die chiral restaurierte Quarkphase bei hohen Temperaturen untersucht werden und zusätzlich die Übergangsregion zwischen beiden. Um das Modell auf das Transportproblem anzuwenden, muss ein Entwicklungsschema über die Standard-Näherung des Modells hinaus angewendet werden. Es wird eine Übersicht über verschiedene Methoden der Transporttheorie, über qualitatives Verhalten von Transportkoeffizienten sowie über neue Konzepte und Vermutungen zur Universalität von stark gekoppelten Fluiden gegeben. Die notwendige Bestimmung der Quark-Zustandsdichte in einem selbstkonsistenten Näherungsschema ist mit bisherigen Berechnungsarten nicht möglich, und so wird die neue Methode der Selbstenergie-Parametrisierung entwickelt. Nach der Einführung dieses Konzepts und einiger möglicher Varianten wird die Quark-Spektralfunktion mit diesem Ansatz berechnet und in der Green-Kubo-Methode zur Bestimmung der Scherviskosität verwendet. Neben dieser Anwendung werden auch weitere Konzepte zur Berechnung der Scherviskosität im Nambu-Jona-Lasinio-Modell vorgestellt, welche unter anderem ein interessantes Verhalten der Viskosität am kritischen Endpunkt des Phasendiagrams implizieren. Außerdem beschäftigt sich diese Arbeit mit den Transporteigenschaften in einem Pionengas, wo auch andere Modelle für die Teilchenwechselwirkung angewendet werden. Dieser Ansatz kann mit einem Gas von wechselwirkenden Pionen, die mit Hilfe des Nambu-Jona-Lasinio-Modells berechnet werden, verglichen werden. Die im verwendeten Modell berücksichte zusammengesetzte Natur der Mesonen hat einen erheblichen Einfluss auf die Temperaturabhängigkeit der Scherviskosität hat.German
Uncontrolled Keywords: shear viscosity, transport coefficients, strong interaction, theoretical physics
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
shear viscosity, transport coefficients, strong interaction, theoretical physicsEnglish
Scherviskosität, Transportkoeffizienten, Starke Wechselwirkung, Theoretische PhysikGerman
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: Fachbereich Physik
Fachbereich Physik > Kernphysik
Date Deposited: 11 May 2011 07:34
Last Modified: 07 Dec 2012 12:00
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-25889
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Wambach, Prof. D.r Jochen and Buballa, Priv. Doz. Michael
Refereed: 4 May 2011
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2588
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