Consortional assoc.: Particles and intense fields  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
104292
Type K
Principal investigator Jakovác, Antal
Title in Hungarian Konzorcium, társ p.: Részecskék és intenzív terek
Title in English Consortional assoc.: Particles and intense fields
Keywords in Hungarian részecskekeltés erős terekben, elő-termalizáció, spektrumok, QED, QCD
Keywords in English particle production in intense fields, pre-thermalization, spectra, QED, QCD
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Quantum field theory
Panel Physics
Department or equivalent Department of Atomic Physics (Eötvös Loránd University)
Participants Patkós, András
Szép, Zsolt
Starting date 2012-09-01
Closing date 2017-02-28
Funding (in million HUF) 11.808
FTE (full time equivalent) 10.80
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A nagyenergiás fizika egyik mindmáig megoldatlan kérdése a hadronok keltésének megértése, az erős dinamikai jelleg és az erős csatolás fellépése miatt. A fenomenologikus jet-fragmentációs függvények fizikai eredete éppoly ismeretlen, mint a statisztikus és hidrodinamikai leírás sikerének természeti alapja. Az a gyanúnk, hogy az erős kölcsönhatás perturbatívan nem számolható módon pre-termikus vagy pszeudo-termikus részecske-eloszlásokat produkál. Ennek lehetséges mechanizmusait, különös tekintettel az Unruh effektusra, éppúgy tanulmányozni kívánjuk mint a relativisztikus termo- és hidrodinamika, illetve kinetikus elmélet kiterjesztését a majdnem-egyensúlyi és az egyensúlytól távoli erősen korrelált folyamatokra. Ennek a kiterjesztésnek lényeges eleme kell hogy legyen a részecskék sokasága mellett a velük kölcsönható terek figyelembevétele.

Ezen a ponton, mivel a Schwinger mechanizmus tapasztalatai alapján a térerősség és az effektív töltés szorzata a partonokat gyorsító erőt jelenti, s ez a mennyiség formálisan a lokálisan (adott energián) Boltzmann-Gibbs-i futó hőmérséklet paraméterrel szinergikusan skálázik, találkoznak a hadronizáció transzportelméleti leírására tett erőfeszítéseink az intenzív terekben töltött részecskék keletkezését és mozgását leíró relativisztikus Wigner-függvényt illetve a térelméleti 2PI közelítésben spektrálfüggvényt használó számítások továbbfejlesztésének igényével.

Célunk a relativisztikus és erős terekben a részecskék keletkezésének és eloszlásának elméleti számolása az elemi részecske-ütközések, a nehézionok, a kvantumelektrodinamika és a kvark-hadron fázisátalakulás kritikus pontjának fizikája terén.

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.

Kutatásaink során az erős, intenzív terek és az abban keletkező, mozgó részecskék egyedi és statisztikus tulajdonságainak kialakulását, kölcsönhatását és együttes fejlődését kívánjuk vizsgálni. Ez kihívást jelent mind az erős, mind az elektromágneses kölcsönhatás terén, mert tipikusan infravörös felösszegzéseket tartalmazó számításokat, illetve azzal egyenértékű modellszámolásokat alkalmaz. Ezen a téren mindmáig nem világos, hogy a közkeletű perturbatív sorok milyen jellegű felösszegzését jelenti egy-egy klasszikus konfigurációra, evolúciós forgatókönyvre szorítkozás.

Közelebbről a pre-termalizáció és a pszeudo-termalizáció jelenségét tervezzük kutatni az elméleti statisztikus fizika, klasszikus és szemiklasszikus térelmélet, illetve perturbatív kvantumtérelmélet eszközeivel egyfelől, s numerikus modellszámolásokkal másfelől. Ez utóbbiak a hadronkeltés korai fázisára, az erős kölcsönhatás kritikus pontjának közelében a relativisztikus spektrálfüggvények viselkedésére és a kísérletileg megfigyelhető részecskespektrumok vizsgálatára terjednének ki; összehasonlítva a szabad gáz, az erősen csatolt plazma és az intenzív terekben mozgó töltések alapkutatási relevanciájú eseteit. Háttérdiszkusszióként és kitekintésként foglalkozunk a relativisztikus hidro- és termodinamika ilyen esetekre való általánosításával is.

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!

Amennyiben tervezett kutatásaink megvalósulnak, ez jelentős elméleti módszertani előrelépést jelent majd a terek és részecskék intenzív (erős csatolású és tartós) kölcsönhatásának leírásában, a hadronok keletkezésének részletes megértésében éppúgy mint az elektromos töltés és az elektromágneses tér nemlineáris s ugyanakkor relativisztikus együttfejlődésének kiszámítása terén. Ennek az elektrodinamikán túlmutató tanulságai várhatók más mértékelméletek, különösen a QCD kezelése terén is. Továbbá a kortárs statisztikus fizika szempontjából is általánosan érdekesek a lokális kölcsönhatásra épülő, mégis hálózatszerű, hatványfarok-statisztikájú viselkedést egy széles skálatartományban megvalósító fizikai rendszerek.

A térelméleti, termodinamikai és statisztikai módszerek relevanciája igazából még a fizikán is túlmutat; hiszen számos gazdasági és társadalmi jelenség matematikai leírása igen hasonló a korrelált, esetenként kvantumosan vagy csak dinamikailag összefonódott állapotok elméleti fizikájához.

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 adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

A kortárs fizika egyik legátfogóbb és leggyorsabban fejlődő témája a klasszikus, "normális"-nak nevezett statisztikai eloszlástól eltérő, hatványfüggvény-lefutású eloszlások általános jelenléte, ennek vizsgálata, illetve a jóslatokhoz elengedhetetlen kiszámítása. Ezek a jelenségek általában lavinaszerű elemi hatások által alakulnak ki, katasztrófák (pl. földrengések, erdőtüzek), közlekedési dugók, pénzpiaci fluktuációk s sok más a társadalmi-gazdasági életben is fontos folyamatok során. Közös bennük, hogy a ritka események a "normális"-nál, a naivan vártnál jelentősen gyakrabban fordulnak elő.

Kutatásaink ezzel analóg, de a természet legalapvetőbb parányainak, az elemi részecskéknek a szintjén fellépő kölcsönhatások tanulmányozásából törekszenek annak a matematikai modellnek és módszernek a leszűrésére, amely alkalmas az elemek között fellépő erők ismeretében a meglepő gyakoriság számszerű becslésére. Célunk a világ legnagyobb gyorsító berendezéseiben keltett részecskék és az ott fellépő erős terek együttes fejlődésének a kiszámítása az elméleti fizika korszerű modelljei és eljárásai segítségével. Erőfeszítéseinknek különös aktualitást ad a jelenleg működő CERN-i nagyberendezés, illetve a 2015-16-ra tervezett,részben magyarországi helyszínen is megvalósítandó, ELI (extrém erős fény-infrastruktúra).
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

One of the unsolved problems in high energy physics is the understanding of hadron production, its strongly dynamical character at strong coupling. The origin of the phenomenological jet-fragmentation functions is as unknown as the physical basis of the statistical and hydrodynamical description. We surmise that first pre-thermal or pseudo-thermal particle distributions are produced, which cannot be calculated perturbatively. Possible mechanisms for that, in particular the Unruh effect, will be studied by us as well as an extension of the relativistic thermodynamics and hydrodynamics including kinetic theory for off-equilibrium strongly correlated systems. An essential ingredient should be in this extension the consideration of fields interacting with a multiplicity of particles.

At this point our efforts for the transport theoretical descriptions of hadronization meet with the wish to develop the relativistic Wigner function method used for the description of the production and motion of charged particles in intense fields on the one hand and 2PI spectral functions in the field theoretical research on the other hand. Based on experiences with the Schwinger mechanism the product of the field strength and charge means the accelerating force, and this quantity scales synergically with the Boltzmann-Gibbsean temperature parameter.

Our goal is to calculate theoretically the production and distribution of relativistic particles in intense fields in elementary particle and heavy-ion collisions, in the quantum electrodynamics and near the critical point of the quark-hadron phase transition.

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.

We plan to investigate the emergence of statistical and individual properties of particles produced and moving in strong fields, their interaction and evolution. This is a challenge for theories of the strong and electromagnetic interaction, since it typically applies computations including infrared resummation or models equivalent to this. It is not clear that how can a given evolution scenario with classical configuration be described in terms of rsummed perturbativ series.

We plan to investigate the phenomena of pre-thermalization and pseudo-thermalization in the framework of theoretical statistical physics, classical and semiclassical field theory and perturbative quantum field theory. This will be escorted by numerical model calculations. The latter would deal with the early phase of hadron production, with the behavior of spectral functions near to the critical point of strong interaction, and with observable spectra. Here we plan to compare the free gas, the strongly coupled plasma and charges moving in intense fields - relevant to basic research. Perspectivically we consider the extension of the relativistic hydro- and thermodynamics to the last case.

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.

The completion of our research plan will mean an appreciable step forward in the theoretical method describing an intense (strongly coupled and enduring) interaction between fields and particles, in the detailed understanding of hadronization as well as in the calculation of the nonlinear and relativistic co-evolution of electric charges and fields. We also expect a lesson pointing beyond electrodynamics, in particular to learn to handle QCD. Furthermore such physical systems build on local interactions which show a power law tailed statistical behavior over a wide range are especially interesting for the contemporary statistical physics, too.

Field theoretical, thermodynamical and statistical methods may point even beyond physics; the mathematical description of several economic and social phenomena is quite similar to the theoretical physics of correlated, dynamically or quantum entangled sytems.

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 NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

One of the most general and fastest developing topic in contemporary theoretical physics is represented by the omnipresence of power-law tailed distributions, deviating from the "normal" statistical distribution. The investigation and calculation of such distributions is unavoidable for making reliable and rational predictions. Such phenomena often occur due to avalanche effects, natural catastrophies (earthquakes, woodfires), traffic jams, price fluctuations on financial markets and many further socially and economically important processes demonstrate them. Their common feature is that the rare events occur much more frequently than it would be naively, "normally" expected.

Our research studies analogous phenomena on the level of the tiniest parts in Nature, the elementary particles.
We aim at the development of mathematical models and methods which are able to estimate this surprisingly frequent occurence based on the knowledge of the interaction between the particles. Our goal is the calculation of the connected evolution of particles and intense fields produced at the largest accelerators and lasers. Our efforts are particularly actual in connection with the huge research facility at CERN and the for 2015-16 planned, partially in Hungary constructed, ELI (extreme light infrastructure).





 

Events of the project

 
2012-02-20 09:56:59
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Kísérleti Fizika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem), Új kutatóhely: Elméleti Fizika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem).




Back »