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Virtual photon polarization and dilepton anisotropy in pion-nucleon and heavy-ion collisions

Speranza, Enrico (2018):
Virtual photon polarization and dilepton anisotropy in pion-nucleon and heavy-ion collisions.
Darmstadt, Technische Universität, [Ph.D. Thesis]

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Text
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Virtual photon polarization and dilepton anisotropy in pion-nucleon and heavy-ion collisions
Language: English
Abstract:

The goal of this Thesis is to study photon polarization and dilepton anisotropies as a tool to understand hadronic and heavy-ion collisions. First, the anisotropies of the dilepton angular distribution for the reaction $\pi N \rightarrow Ne^+ e^-$ are studied. We employ consistent effective interactions for baryon resonances up to spin-5/2, where non-physical degrees of freedom are eliminated, to compute the anisotropy coefficients for isolated intermediate baryon resonances. It is shown that the spin and parity of the intermediate baryon resonance is reflected in the angular dependence of the anisotropy coefficient. We then compute the anisotropy coefficient including the $N(1520)$ and $N(1440)$ resonances, which are essential at the collision energy of the recent data obtained by the HADES collaboration on this reaction. We conclude that the anisotropy coefficient provides useful constraints for unravelling the resonance contributions to this process.

In order to study the medium effects on the dilepton polarization observables, we present a general framework for studying the angular anisotropy of dileptons produced from polarized virtual photons in relativistic heavy-ion collisions. The connection between the anisotropy coefficients and the medium evolution via flow velocity and temperature profile is obtained. We consider the dilepton production from quark-antiquark annihilation in the quark-gluon plasma phase and pion annihilation in the hadronic phase through electromagnetic interactions. The thermal and flow effects on the anisotropy coefficients are studied in the case of a static uniform medium, and a system with an expansion longitudinal and transverse to the beam axis. It is shown that the anisotropy coefficients are non-zero in a thermalized medium, and depend on the flow of the medium as well as on the transverse momentum and invariant mass of the virtual photon. The present framework can be implemented in a realistic hydrodynamic simulation of relativistic heavy-ion collisions in order to study the effect of non-trivial medium properties on dilepton anisotropy.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Das Ziel dieser Doktorarbeit ist die Untersuchung von Photonenpolarisation und Dileptonanisotropie als Mittel zum Verstaendnis hadronischer und Schwerionenkollisionen. Zunaechst werden die Anisotropien in der Winkelverteilung von Dileptonen aus der Reaktion $\pi N \rightarrow Ne^+ e^-$ untersucht. Wir benutzen konsistente effektive Wechselwirkungen fuer Baryon-Resonanzen bis Spin-5/2, wo nicht-physikalische Freiheitsgrade eliminiert werden, um die Anisotropiekoeffizienten fuer isolierte intermediaere baryonische Resonanzen zu berechnen. Es wird gezeigt, dass sich Spin und Paritaet der intermediaeren baryonischen Resonanz in der Winkelverteilung des Anisotropiekoeffizienten widerspiegeln. Im Anschluss berechnen wir den Anisotropiekoeffizienten, wobei wir die Resonanzen $N(1520)$ und $N(1440)$ beruecksichtigen, die bei der Kollisionsenergie der neuesten Daten, die von der HADES Kollaboration fuer diese Reaktion gewonnen wurden, essentiell sind. Wir schlussfolgern, dass der Anisotropiekoeffizient nuetzliche Beschraenkungen liefern kann, um die Anteile der Resonanzen zu diesem Prozess zu entschluesseln. Um Mediumeffekte auf die Dileptonpolarisationsobservablen zu untersuchen, stellen wir ein allgemeines Framework zur Untersuchung von Winkelanisotropien von Dileptonen, die von polarisierten virtuellen Photonen in relativistischen Schwerionenkollisionen erzeugt wurden, vor. Es wird der Zusammenhang zwischen den Anisotropiekoeffizienten und der Entwicklung des Mediums via Flussgeschwindigkeit und Temperaturprofil gewonnen. Wir ziehen Dileptonproduktion aus Quark-Antiquark-Annihilation in der Quark-Gluon-Plasmaphase, sowie aus Pion-Annihilation in der hadronischen Phase via elektromagnetischer Wechselwirkungen in Betracht. Die thermischen und die Flusseffekte auf die Anisotropiekoeffizienten werden untersucht fuer den Fall eines statischen, gleichfoermigen Mediums, sowie eines Systems mit Expansion in longitudinaler und transversaler Richtung zur Strahlachse. Es wird gezeigt, dass die Anisotropiekoeffizienten in einem thermalisierten Medium verschieden von Null sind und sowohl vom Fluss des Mediums, als auch vom transversalen Impuls und der invarianten Masse des virtuellen Photons abhaengen. Das vorgestellte Framework kann in einer realistischen hydrodynamischen Simulation relativistischer Schwerionenkollisionen zur Untersuchung des Effekts nichttrivialer Eigenschaften des Mediums auf die Dileptonanisotropie implementiert werden.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics
Date Deposited: 12 Jun 2018 05:34
Last Modified: 09 Jul 2020 02:07
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-74602
Referees: Friman, Prof. Dr. Bengt and Galatyuk, Prof. Dr. Tetyana
Refereed: 26 June 2017
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/7460
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