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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Gelfand, Daniil
title: Lattice theory of nonequilibrium fermion production
subjects: ddc-500
subjects: ddc-530
divisions: i-130300
adv_faculty: af-13
abstract: In dieser Arbeit untersuchen wir die Erzeugung fermionischer Teilchen außerhalb des
Gleichgewichts mittels moderner Gittermethoden. Die vorgestellten Anwendungen reichen
vom Preheating nach der kosmologischen Inflation im frühen Universum über Prä-
Thermalisierungsdynamik in Schwerionenkollisionen bis hin zur Paarerzeugung und Stringbrechung
in einem niedrigdimensionalen Modell der Quantenchromodynamik.
In Instabilitäten aufweisenden skalaren Modellen beobachten wir eine stark erhöhte
Fermionproduktion in Anwesenheit bosonischer Ü berbesetzung. Als mögliche Szenarien
fürs Preheating nach der Inflation untersuchen wir parametriche Resonanz und tachyonische
Instabilität. Wir finden, dass sowohl die qualitativen als auch die quantitativen Eigenschaften
der resultierenden Fermionverteilung weitgehend von einem effektiven Kopplungsparameter
bestimmt werden.
Um Fermionen in drei räumlichen Dimensionen simulieren zu können, wenden wir
einen effzienten, stochastischen Gitter-Algorithmus an, welchen wir durch einen Vergleich
mit exacten Gitterrechnungen und mit auf einer Kopplungsentwicklung basierten
funktionalen Methode verifizieren.
Im massiven Schwinger-Modell analysieren wir die Erzeugung von Fermion/Antifermion
Paaren durch homogene und inhomogene elektrische Felder und beobachten den Aufbau
von Strings zwischen den Ladungen. Nachfolgend studieren wir die Dynamik der
Stringbrechung und beschreiben einen Zwei-Phasen-Prozess, welcher aus der anfänglichen
Teilchenproduktion sowie der folgenden Ladungsseparation und Abschirmung besteht.
In Quantenchromodynamik liegt unser Fokus auf den Eigenschaften des Quarksektors
während der turbulenten bosonischen Energiekaskade sowie auf der Isotropisierung der
Quarks und Gluonen, ausgehend von unterschiedlichen Anfangsbedngungen.
abstract_translated_text: In this thesis we investigate non-equilibrium production of fermionic particles using
modern lattice techniques. The presented applications range from preheating after inflation
in the early Universe cosmology to pre-thermalization dynamics in heavy-ion collisions
as well as pair production and string breaking in a lower-dimensional model of
quantum chromodynamics.
Strong enhancement of fermion production in the presence of overoccupied bosons is
observed in scalar models undergoing instabilities. Both parametric resonance and tachyonic
instability are considered as scenarios for preheating after inflation. The qualitative
and quantitative features of the resulting fermion distribution are found to depend largely
on an effective coupling parameter.
In order to simulate fermions in three spatial dimensions we apply a stochastic low-cost
lattice algorithm, which we verify by comparison with an exact lattice approach and with
a functional method based on a coupling expansion.
In the massive Schwinger model, we analyse the creation of fermion/anti-fermion pairs
from homogeneous and inhomogeneous electric fields and observe string formation between
charges. As a follow-up we study the dynamics of string breaking and establish
a two-stage process, consisting of the initial particle production followed by subsequent
charge separation and screening.
In quantum chromodynamics, our focus lies on the properties of the quark sector during
turbulent bosonic energy cascade as well as on the isotropization of quarks and gluons
starting from different initial conditions.
abstract_translated_lang: eng
date: 2014
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00017240
ppn_swb: 1659198542
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-172401
date_accepted: 2014-07-22
advisor: HASH(0x55a9a6242c88)
language: eng
bibsort: GELFANDDANLATTICETHE2014
full_text_status: public
citation:   Gelfand, Daniil  (2014) Lattice theory of nonequilibrium fermion production.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/17240/1/Diss_Gelfand_1.0_print.pdf