Abstract (English)
Quantum Chromodynamics (QCD) is the theory of the strong interaction, the theory of the interaction between the constituents of composite elementary particles (hadrons). In the low energy regime of the theory, standard methods of theoretical physics like perturbative approaches break down due to a large value of the coupling constant. However, this is the region of most interest, where the ...
Abstract (English)
Quantum Chromodynamics (QCD) is the theory of the strong interaction, the theory of the interaction between the constituents of composite elementary particles (hadrons). In the low energy regime of the theory, standard methods of theoretical physics like perturbative approaches break down due to a large value of the coupling constant. However, this is the region of most interest, where the degrees of freedom of QCD, the color charges, form color-neutral composite elementary particles, like protons and neutrons. Also the transition to more energetic states of matter like the quark gluon plasma (QGP), is difficult to investigate with perturbative approaches. A QGP is a state of strongly interacting matter, which existed shortly after the Big Bang and can be created with heavy ion collisions for example at the LHC at CERN. In a QGP the color charges of QCD are deconfined.
This thesis explores ways how to use the non-perturbative approach of lattice QCD to determine properties of the QGP. It focuses mostly on observables which are derived from the energy momentum tensor, like two point correlation functions. In principle these contain information on low energy properties of the QGP like the shear and bulk viscosity and other transport coefficients. The thesis describes the lattice QCD simulations which are necessary to measure the correlation functions and proposes new methods to extract these low energy properties.
The thesis also tries to make contact to another non-perturbative approach which is Improved Holographic QCD. The aim of this approach is to use the Anti-de Sitter/Conformal Field Theory (AdS/CFT) correspondence to make statements about QCD with calculations of a five dimensional theory of gravity. This thesis contributes to that work by constraining the parameters of the model action by comparing the predictions with those of measurements with lattice QCD.
Translation of the abstract (German)
Quantenchromodynamik (QCD) ist die Theorie der starken Wechselwirkung, die Theorie der Wechselwirkung zwischen den Bestandteilen von zusammengesetzten Elementarteilchen (Hadronen). Standardmethoden der theoretischen Physik, wie die Störungstheorie, versagen bei dieser Theorie im Bereich kleiner Energien, weil die Kopplungskonstante einen großen Wert annimmt. Dieser Bereich, in dem die ...
Translation of the abstract (German)
Quantenchromodynamik (QCD) ist die Theorie der starken Wechselwirkung, die Theorie der Wechselwirkung zwischen den Bestandteilen von zusammengesetzten Elementarteilchen (Hadronen). Standardmethoden der theoretischen Physik, wie die Störungstheorie, versagen bei dieser Theorie im Bereich kleiner Energien, weil die Kopplungskonstante einen großen Wert annimmt. Dieser Bereich, in dem die Freiheitsgrade der QCD, die Farbladungen, farb-neutrale zusammengesetzte Elementarteilchen, wie Protonen und Neutronen, bilden, ist jedoch der interessanteste Bereich. Auch der Übergang zu energiereicheren Materiezuständen, wie dem Quark-Gluon-Plasma (QGP), ist nur schwer durch Störungstheorie zu untersuchen. Das Quark-Gluon-Plasma ist ein Zustand stark wechselwirkender Materie, der kurz nach dem Urknall existiert hat und durch Schwerionenstöße beispielsweise am LHC am CERN erzeugt werden kann. In einem QGP sind die Farbladungen der QCD frei.
Diese Dissertation untersucht Wege, wie der nicht-störungstheoretischen Zugang der Gitter QCD benutzt werden kann, um Eigenschaften des QGP zu bestimmen. Im Fokus der Arbeit stehen hauptsächlich Observablen, die vom Energie-Impuls-Tensor abgeleitet sind, wie z.B. Zwei-Punkt-Funktionen. Diese beinhalten im Prinzip Informationen über die Eigenschaften des QGP bei niedrigen Energien, wie die Scher- und Volumenviskosität und andere Transportkoeffizienten. Diese Dissertation beschreibt Gitter-QCD Simulationen, die benötigt werden, um die Korrelationsfunktionen zu messen, und schlägt neue Methoden vor, diese Eigenschaften bei niedrigen Energien zu extrahieren.
Diese Dissertation versucht auch, mit einem anderem nicht-störungstheoretischen Zugang Kontakt herzustellen, der Improved Holographic QCD. Das Ziel dieses Zugangs ist es, die Anti-de Sitter/Konforme Feldtheorie (AdS/CFT) Korrespondenz zu benutzen, um mit Rechnungen in einer fünf-dimensionalen Gravitationstheorie Aussagen über QCD zu treffen. Diese Dissertation trägt zu dieser Arbeit bei, indem sie durch Vergleiche der Vorhersagen mit denen von Messungen in Gitter-QCD Simulationen Parameter der Modelwirkung einschränkt.
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