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On the Thermodynamics and Phase Structure of Strongly-Interacting Matter in a Polyakov-loop–extended Constituent-Quark Model

Stiele, Rainer

German Title: Über die Thermodynamik und Phasenstruktur stark wechselwirkender Materie in einem um den Polyakov-loop erweiterten Konstituentenquark-Modell

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Abstract

Polyakov-loop–extended constituent-quark models are useful to investigate the chiral and (de)confinement phase structure and the thermodynamics of strongly-interacting matter. It is shown that taking into account the quark backreaction on the gauge-field dynamics as well as quantum and thermal fluctuations of quarks and mesons is crucial in such models to achieve results for order parameters and thermodynamics that are in line with non-perturbative calculations at vanishing chemical potential. The dependence of the results on remaining parameters is discussed. The investigations are extended to nonzero quark density and isospin. The impact of unquenching effects in the Polyakov-loop potential on the phase structure at non-vanishing quark densities is discussed. Predictions for thermodynamics at nonzero isospin are shown. Furthermore, the reliability of those models is tested by confronting its results with lattice data on the isospin dependence of the transition temperature. The phase structure of the three-dimensional temperature - isospin - quark density phase diagram is investigated. Moreover, the process of nucleation at small temperatures and large densities is investigated and the surface tension for the phase transition calculated. Some consequences of the results for the early Universe, for heavy-ion collisions, and for proto-neutron stars are discussed.

Translation of abstract (German)

Um den Polyakov-loop erweiterte Konstituentenquark-Modelle sind nützlich um die chirale Phasenstruktur und diejenige des Farbeinschlusses und die Thermodynamik stark wechselwirkender Materie zu erforschen. Es wird gezeigt, dass das Einbeziehen der Quarkrückwirkung auf die Eichfelddynamik, sowie von Quanten- und thermischen Fluktuationen von Quarks und Mesonen in solche Modelle entscheidend ist, um Ergebisse für Ordnungsparameter und die Thermodynamik zu erhalten, die im Einklang mit nicht störungstheoretischen Rechnungen bei verschwindendem chemischen Potential sind. Die Abhängigkeit der Ergebnisse von verbleibenden Parametern wird diskutiert. Die Untersuchungen werden zu nicht verschwindender Quarkdichte und Isospin erweitert. Die Auswirkungen von Unquencheffekten des Polyakov-loop Potentials auf die Phasenstruktur bei nicht verschwindenden Quarkdichten wird diskutiert. Vorhersagen für die Thermodynamik bei nicht verschwindendem Isospin werden gezeigt. Des Weiteren wird die Verlässlichkeit solcher Modelle getestet, in dem dessen Resultate Daten von Gitterrechnungen zur Isospinabhängigkeit der Übergangstemperatur gegenübergestellt werden. Die Phasenstruktur des dreidimensionalen Temperatur - Isospin - Quarkdichte Phasendiagramms wird untersucht. Ferner wird der Prozess der Nukleierung bei kleinen Temperaturen und großen Dichten eruiert und die Oberflächenspannung für den Phasenübergang berechnet. Einige Konsequenzen der Ergebnisse für das frühe Universum, für Schwerionenkollisionen und für Proto-Neutronensterne werden diskutiert.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Schaffner-Bielich, PD Dr. Jürgen
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 28 April 2014
Date Deposited: 14 May 2014 07:52
Date: 2014
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute for Theoretical Physics
Subjects: 500 Natural sciences and mathematics
530 Physics
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