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Theses Year : 2023

Theoretical developments for jets in heavy-ion collisions

Développements théoriques pour les jets dans les collisions d’ions lourds

Abstract

The quark-gluon plasma (QGP) is an exotic phase of matter, composed of deconfined quarks and gluons and is briefly created in heavy-ion collisions (HIC) at the LHC and at the RHIC. High-energy, self-collimated structures of final-state particles also created in HIC, called jets, probe the QGP, piercing through it on their way to the particle detector. In particular, as the jet propagates, it is quenched, shedding its energy through its interaction with the QGP. Quantum field theory at finite temperature – thermal field theory, is then an extremely powerful tool, capable of analytically quantifying how such a high-energy object interacts with a weakly coupled thermal bath. In this thesis, we work towards the computation of corrections (in the expansion of the strong coupling constant) to two quantities, which dictate how jets are quenched by the QGP. The first being the transverse momentum broadening coefficient, which describes how the jet diffuses in transverse momentum space through its interaction with the medium. We focus on the computation of logarithmically enhanced corrections, carefully showing how the thermal scale affects the logarithmic phase space. The second is the asymptotic mass, which can be thought of as a shift in the jet’s dispersion relation as it undergoes forward scattering with the medium’s constituents. We complete a matching calculation, which rids the mass’ classical corrections of any unphysical divergences, while also beginning the completion of its full two-loop, quantum corrections
Le plasma de quarks et de gluons (QGP) est une phase exotique de la matière composée de quarks et de gluons déconfinés. Il se forme brièvement lors des collisions d’ion lourds (HIC) au LHC et RHIC. Dans le cadre de ces collisions, des structures hautement énergétiques d'états finaux, connues sous le nom de jets, servent de sondes idéales. Ces jets pénètrent le QGP en chemin vers les détecteurs de particules. Lorsque le jet se propage il est éteint, perdant son énergie par son interaction avec le QGP. La théorie quantique des champs à température finale – la théorie des champs théoriques, est un outil extrêmement puissant qui est capable de quantifier analytiquement la façon dont un objet de si haute énergie interagit avec un bain thermique faiblement couplé. Dans cette thèse, notre travaille se concentre sur le calcul des corrections (dans l'expansion de la constante de couplage fort) de deux quantités, qui déterminent la manière dont les jets sont éteints par le QGP. Le premier est le coefficient d'élargissement du moment transverse, qui décrit comment le jet se diffuse dans l'espace du moment transverse par son interaction avec le milieu. Notre attention se porte sur le calcul des corrections logarithmiques associées à cette quantité. La seconde est la masse asymptotique, qui peut être considérée comme un changement dans la relation de dispersion du jet lorsqu'il subit une diffusion vers l'avant avec les constituants du milieu. Nous effectuons un calcul correspondant, en nous basant sur certains résultats de la littérature pour débarrasser les corrections classiques de la masse de toute divergence non physique, tout en commençant à compléter ses corrections complètes à une boucle
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Dates and versions

tel-04636409 , version 1 (05-07-2024)

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  • HAL Id : tel-04636409 , version 1

Cite

Eamonn Weitz. Theoretical developments for jets in heavy-ion collisions. Classical Physics [physics.class-ph]. Nantes Université, 2023. English. ⟨NNT : 2023NANU4063⟩. ⟨tel-04636409⟩
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