Theoretical investigations of the strongly interacting matter produced at FAIR (CBM,PANDA) and NICA(Dubna)

Help

Back »

Details of project

Identifier

109462

Type

Principal investigator

Wolf, György

Title in Hungarian

A FAIR(PANDA,CBM) és NICA(Dubna) gyorsítóknál keltett erősen kölcsönható anyag elméleti vizsgálata

Title in English

Theoretical investigations of the strongly interacting matter produced at FAIR (CBM,PANDA) and NICA(Dubna)

Keywords in Hungarian

hadronok közegben, nehézion reakciók dinamikai leírása, transzport modellek, QCD fázisdiagrammja

Keywords in English

hadrons in matter, dynamical description of heavy ion collisions, transport models, phase diagram of QCD

Discipline

Physics (Council of Physical Sciences)	100 %
Ortelius classification: Nuclear physics

Panel

Physics 1

Department or equivalent

Theoretical Physics Department (Wigner Research Centre for Physics)

Participants

Almási, Gábor
Balassa, Gábor
Korpa, Csaba
Kovács, Péter
Révai, János
Szép, Zsolt
Zétényi, Miklós

Starting date

2014-01-01

Closing date

2018-12-31

Funding (in million HUF)

33.608

FTE (full time equivalent)

28.65

state

closed project

Summary in Hungarian

A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az erős kölcsönhatás elméletét ismerjük (QCD), de speciális körülményeket leszámítva (pl. nagyon nagy energiákon való szórás) nem tudjuk megoldani. Még a QCD vákuum szerkezete sem egyszerű, számos kondenzátuma van. A kondenzátumok, pl kvark-antikvark, illetve a gluon kondenzátum befolyásolják a hadronok tulajdonságait. Például a proton tömegének több mint 98%-át a kondenzátumok okozzák.

Ebben a projektben megvizsgáljuk az erősen kölcsönható anyag tulajdonságait nagy sűrűségen. A fázis diagramjáról szeretnénk információhoz jutni elsősorban nagy sűrűségen, mivel alacsony sűrűségeken a rács számolások is elég megbízhatóak. Szeretnénk továbbá megérteni, hogyan változnak a kondenzátumok, és az egyes hadron állapotok közegben. Ezen kondenzátumok értékét ismerjük 0 hőmérsékleten és 0 sűrűségen, s tudjuk végtelen hőmérsékleten és sűrűségen értékük nulla. Keressük, hogyan változnak a hőmérséklet és sűrűség függvényében. A hadronok közegbeli tulajdonságai mérésével akarunk információt szerezni ezen kondenzátumok közegbeli értékéről. Persze már egy szerényebb cél is nagy eredmény lenne: ha sikerülne kétséget kizáró módon megmutatni, hogy egy kísérleti eredményt csak egy hadron tömegének, szélességének módosulásával lehetne megmagyarázni. Szeretnénk olyan kísérleteket javasolni, melyek ezen kérdések megválaszolásában segíthetnek.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Mi az erős kölcsönhatás fázis diagrammja? Mi az erős kölcsönhatás vákuumának szerkezete, és az hogyan változik sűrű és forró közegben? Az a feltevésünk, hogy a QCD-t alacsony energián effektív térelméletekkel le lehet írni, a dinamikát pedig egy transzport modellel.

Ha a modell számítások eredményeit összehasonlítjuk a kísérleti eredményekkel, akkor remélhetőleg megismerjük, hogyan változnak a hadronok közegbeli tulajdonságai, és a kondenzátumok sűrű közegben.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Ezen kutatások az erős kölcsönhatás elméletét segítenek megismerni. Ezen kölcsönhatás megismerése ilyen mélységben nem hoz belátható időn belüli közvetlen, gyakorlati hasznot. Segít azonban - ha egy morzsával is - az emberiségnek megismerni az egyik alapvető kölcsönhatás tulajdonságait.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az erős kölcsönhatás elméletét ismerjük (QCD), de speciális körülményeket leszámítva (pl. nagyon nagy energiákon a szórás) nem tudjuk megoldani. Még a vákuum szerkezete sem egyszerű, számos kondenzátum (például kvark-antikvark folyadék) tölti ki, melyek alapvetően befolyásolják a világunkat. Például a proton tömegének több mint 98%-át ezen kondenzátumok okozzák.
Ebben a projektben megvizsgáljuk az erősen kölcsönható anyag tulajdonságait nagy sűrűségen. A fázis diagramjáról szeretnénk információhoz jutni elsősorban nagy sűrűségen, mivel alacsony sűrűségeken a rács számolások is elég megbízhatóak. Szeretnénk továbbá megérteni, hogyan változnak a kondenzátumok, és az egyes erősen kölcsönható részecske (hadron) tulajdonságok közegben. Szeretnénk olyan kísérleteket javasolni, melyek ezen kérdések megválaszolásában segíthetnek.

Summary

Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The theory of strong interactions is known, however, with the exception of special conditions (scattering at extreme large energies) it can not be solved. Even the structure of the QCD vacuum is not simple, contains a number of condensates. These condensates, e.g. the quark-antiquark condensate or the gluon condensate influence the hadron properties. For instance, 98% of the proton mass is due to the condensates.

In this project we wish to study the properties of strongly interacting matter at high densities. The main goal is to get information about its phase diagram at high densities, since in the low-density regime the lattice calculations are quite reliable. Further we would like to understand, how the condensates and the individual hadron states change in medium. The values of the condensates are known at zero temperature and density, and they tend to zero at infinite temperature and density. We are looking for their dependence on these variables. By measuring the in-medium hadron properties we hope to get information on the in-medium values of the condensates. Of course, even a much more moderate result could be considered as important, namely, if we could indisputably prove that a certain experimental result can be explained only by modifying the mass and width of a hadron. We would like to make experimental proposals for clarification of these issues.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
How the phase diagram of the strong interaction looks like ? What is the structure of the vacuum of the strong interaction and how does it change in hot and dense medium?
We assume, that QCD at low energies can be described by effective field theories, while for the dynamics transport models can be
applied. Comparing the results of model calculations with the experimental results we hope to learn how the properties of hadrons and condensate properties are modified in medium.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
These investigations help to understand the theory of strong interactions. This knowledge will have no immediate practical application or benefit. It helps for the mankind - to understand the properties of one of the fundamental interactions.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The theory of strong interactions is known, however, with the exception of special conditions (scattering at extreme large energies) it can not be solved. Even the structure of the QCD vacuum is not simple consists of numerous condensates (e.g. quark-antiquark liquid), which have an important effect on our world. For instance, 98% of the proton mass is due to the
condensates.

In this project we wish to study the properties of strongly interacting matter at high densities. We want to get information mainly about its phase diagram at high densities, since in the low-energy regime the lattice calculations are fairly reliable. Further, we would like to understand, how the properties of the condensates and of individual strongly interacting particles (hadrons) change in medium. We hope to propose experiments, which help to answer these questions.

Final report

Results in Hungarian

A kutatásaink fő célja a hadronok és a hadronikus anyag tulajdonságainak megismerése nagy sűrűségen és alacsony hőmérsékleten, továbbá hogy jóslatokat tegyünk a hamarosan induló NICA, PANDA és CBM méréseire. A HADES, NICA, CBM és PANDA detektorok által lefedett energiatartományra használható nehézion reakciók leírására szolgáló transzport modellt fejlesztettünk ki. Ezzel a modellel meg tudtuk magyarázni a HADES detektor által mért Ξ barion keltését küszöb alatti reakciókban. Eddig nem találtak más realisztikus magyarázatot ezen adatokra. pA reakciókban találtunk egy lehetőséget, hogy kísérleti úton meg lehessen határozni a ψ(3686) tömegváltozását és így a gluon kondenzátumot egyszeres magsűrűségen. Vizsgáltuk a kiterjesztett Lineáris Szigma Modell alacsony energiás határesetét és azt találtuk, hogy ez egyezik a Királis Perturbáció számítással. Ezt a modellt kiegészítve a Polyakov húrkokkal használtuk a fázisdiagramm meghatározására. Találtunk az elsőrendű fázisátalakuláshoz tartozó kritikus végpontot elég nagy kémiai potenciálnál. Kiszámoltuk az izentrópikus görbéket s ezek nagyon jól egyeznek a rácsszámolások eredményeivel. Megalkottunk egy új, királis szimmetrián alapuló több-csatornás energiától független KN potenciált, amely reprodukálja az összes releváns kísérleti adatot. Ezt a potenciált használva megmutattuk, hogy a T-mátrixnak csak egy pólusa van a Λ(1405) energia tartományában, ellentétben az általánosan elfogadtott két pólusú szcenáriótól.

Results in English

The main objective of our investigations was to understand the properties of hadrons and hadronic matter at high density and low temperature and to give predictions for the forthcoming NICA, PANDA and CBM experiments. We developed a transport model for describing the dynamics of heavy ion collisions covering the energy range of the HADES, NICA, CBM and PANDA detectors. With this model we could explain the HADES data on the production of Ξ baryon in subthreshold nuclear collisions. Up to now there has not been any realistic explanation for this data. In pA reactions we found that we can determine experimentally the mass shift of the ψ(3686) and, therefore, the gluon condensate at normal nuclear matter density. We investigated the low energy limit of the extended Linear Sigma Model and found that its low energy limit agrees with the Chiral Perturbation Theory. Using this model with the addition of Polyakov loops we investigated the phase diagram and found that the critical end point (CEP) of a first order transition line exists at rather large values of μB. We also calculated the isentropic curves and the agreement is remarkable with the lattice simulations. A new chiral based, multichannel and energy-independent KN potential was constructed, which reproduces all known experimental data. Using this potential we have shown, that the T-matrix has only one pole in the energy region of the Λ(1405) in contrast to the overall accepted scenario of its two-pole structure.

Full text

https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=109462

Decision

Yes

List of publications

Gy. Wolf, G. Balassa, P. Kovács, M. Zétényi, S.H. Lee: Mass shift of charmonium states in $\bar p A$ collision, Phys. Lett. B780 (2018) pp. 25-28, 2018

M. Zétényi, Gy. Wolf: Influence of anisotropic Λ/Σ creation on the Ξ− multiplicity in subthreshold proton–nucleus collisions, Phys. Lett. B785 (2018) pp. 226-231, 2018

L. Olbrich, M. Zetenyi, F. Giacosa, D.H. Rischke: Influence of the axial anomaly on the decay N(1535) -> N eta, Phys.Rev. D 97, 014007 (2018), 2018

M.F.M. Lutz, C.L. Korpa: On coupled-channel dynamics in the presence of anomalous thresholds, Phys. Rev. D98, 2018

L.B. Szabadaos, Gy. Wolf: Singularities in Einstein–conformally coupled Higgs cosmological models, Gen. Relativ. Grav. 50 (2018) 136, 2018

G. Balassa, P. Kovács, Gy. Wolf: A statistical method to estimate low-energy hadronic cross sections, Eur. Phys. J. A (2018) 54: 25, 2018

F.Divotgey, P.Kovács, F.Giacosa and D.H.Rischke: Low-energy limit of the extended Linear Sigma Model, Eur. Phys. J. A54 (2018) 5, 2018

J. Révai: Are the chiral based KbarN potentials really energy dependent?, Few Body Syst. 59(2018)49, 2018

M. Zétényi, E. Speranza, B. Friman: Polarization and Dilepton Angular Distribution in Pion-Nucleon Collisions, FEW-BODY SYSTEMS 59, 138 (2018), 2018

C.L. Korpa, Gy. Toth, J. Hebling: Mapping the lattice-vibration potential using terahertz pulses, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 51 (2018) 035403, 2018

Gy. Wolf, G. Balassa, P. Kovács, M. Zétényi and S.H. Lee: Charmonium Excitation Functions in $\bar p A$ Collisions, ACTA PHYSICA POLONICA B11 531 (2018), 2018

M. Zétényi, Gy. Wolf: Ξ− production in proton-nucleus collisions in a BUU model, EPJ WEB OF CONFERENCES 171, 19006 (2018), 2018

T. Ablyazimov et al. Gy. Wolf, A. Olar (CBM Collaboration): Challenges in QCD matter physics - The scientific programme of the Compressed Baryonic Matter experiment at FAIR, Eur. Phys. J. A 53, 60, 2017

P. Kovacs, Gy. Wolf: Phase Diagram and Isentropic Curves from the Vector Meson Extended Polyakov Quark Meson Model, ACTA PHYSICA POLONICA B10 1107, 2017

P. Kovacs, Gy. Wolf: The Phase Diagram in the Vector Meson Extended Linear Sigma Model, ACTA PHYSICA POLONICA B10 759, 2017

L. Olbrich, M. Zétényi, F. Giacosa and D. H. Rischke,: A Three-Flavor Chiral Effective Model with Four Baryonic Multiplets within the Mirror Assignment, Phys. Rev. D93 (2016) no.3, 034021, 2016

Gy. Wolf, M. Zétényi: Dilepton and φ meson production in elementary and nuclear collisions at the NICA fixed-target experiment, EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL A: HADRONS AND NUCLEI 52 (2016) 258, 2016

C. L. Korpa, Gy. Tóth and J. Hebling: Interplay of diffraction and nonlinear effects in the propagation of ultrashort pulses, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 49 (2016) 035401, 2016

P. Kovács, Á. Lukács, J. Váróczy, Gy. Wolf, and M. Zétényi: Baryon octet and decuplet phenomenology in a three-flavor extended linear sigma model, Phys. Rev. D89 054004, 2014

P. Kovács, Gy. Wolf: Zero temperature properties of mesons and baryons from an extended linear sigma-model, J.Phys.Conf.Ser. 503 012035, 2014

P. Kovács, Zs. Szép, Gy. Wolf: Effects of (axial)vector mesons on the chiral phase transition: initial results, EPJ Web of Conferences Vol. 81 05017, 2014

N. V. Shevchenko and J. Revai: Faddeev calculations of the K¯ NN system with a chirally motivated K¯ N interaction. I. Low-energy K−d scattering and antikaonic deuterium., Phys.Rev C90, 034003, 2014

J. Revai and N. V. Shevchenko: Faddeev calculations of the K¯NN system with chirally motivated K¯N interaction. II. The K−pp quasibound state, Phys.Rev. C90, 034004, 2014

J. Révai: Can the Λ(1405) resonance Be seen in neutron spectra from the K−+d reaction?, Phys.Atom.Nucl. 77 509-517, 2014

L. Olbrich, M. Zétényi, F. Giacosa and D. H. Rischke,: A Three-Flavor Chiral Effective Model with Four Baryonic Multiplets within the Mirror Assignment, Phys. Rev. D, 2016

M.F.M. Lutz, E.E. Kolomeitsev, C.L. Korpa: Spectral representation for u- and t-channel exchange processes in a partial-wave decomposition, Phys. Rev. D92 (2015), 016003, 2015

G. Almási, Gy. Wolf: Thermal, chemical and spectral equilibration in heavy-ion collisions, Nucl. Phys. A943 (2015) 117--136, 2015

Gy. Wolf, P. Kovács, Zs. Szép: Chiral Phase Transition in an Extended Linear Sigma Model: Initial Results, Acta Phys. Pol. B Proc. 8 (2015) 169, 2015

P. Kovacs, Zs. Szep, Gy. Wolf: Chiral Phase Transition in the vector meson extended linear sigma model, J. Phys.: Conf. Ser. 599 (2015) 012010, 2015

P. Doleschall, J. Révai, N. V. Shevchenko: Three-body calculation of the 1s level shift in kaonic deuterium, Phys. Lett. B744(2015)105, 2015

P. Kovács, Zs. Szép, Gy. Wolf,: Existence of the critical endpoint in the vector meson extended linear sigma model, Phys. Rev. D93 (2016) 114014, 2016

J. Révai: Three-body calculation of the 1s level shift in kaonic deuterium with realistic K¯ N potentials, PHYSICAL REVIEW C 94, 054001 (2016), 2016

Zs. Szép, P. Kovács, Gy. Wolf: Thermodynamics of the vector meson extended linear sigma model, ACTA PHYSICA POLONICA B PROCEEDINGS SUPPLEMENT 9: pp. 589-595. (2016), 2016

C. L. Korpa, Gy. Tóth and J. Hebling: Interplay of diffraction and nonlinear effects in the propagation of ultrashort pulses, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 49 (2016) 035401, 2016

L. Olbrich, M. Zétényi, F. Giacosa: Three-flavor chiral effective model with four baryonic multiplets within the mirror assignment, J.Phys.Conf.Ser. 742 (2016) no.1, 012018, 2016

E. Speranza, M. Zétényi, B. Friman: Polarization and dilepton anisotropy in pion-nucleon collisions, Phys.Lett. B764 (2017) 282-288, 2017

P. Kovacs, Gy. Wolf: The Phase Diagram in the Vector Meson Extended Linear Sigma Model, ACTA PHYSICA POLONICA B10 759, 2017

P. Kovacs, Gy. Wolf: Phase Diagram and Isentropic Curves from the Vector Meson Extended Polyakov Quark Meson Model, ACTA PHYSICA POLONICA B10 1107, 2017

Gy. Wolf, G. Balassa, P. Kovács, M. Zétényi, S.H. Lee: Charmonium Spectral Functions in pA Collision, ACTA PHYSICA POLONICA B10 1177, 2017

C L Korpa, Gy Tóth and J Hebling: Mapping the lattice-vibration potential using terahertz pulses, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, Volume 51, Number 3, 035403, 2018