Applications of many-body physics to relativistic heavy ion collisions

• Main Author: Fillion-Gourdeau, François
• Other Authors: Sang Yong Jeon (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2009
• Subjects: Physics - Nuclear
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=40754

In this dissertation, many-body physics techniques are used to study and improve ideas related to the description of heavy ion collisions at very high energy. The first part of the thesis concerns the production of tensor mesons in proton-proton (pp) collisions. An effective theory where the f2 meson couples to the energy-momentum tensor is proposed and a comparison of the inclusive cross-section computed in the collinear factorization, the kT-factorization and the color glass condensate is performed. A study of the phenomenology in pp collisions then shows a strong dependence on the parametrization of the unintegrated distribution function. The conclusion is that f2 meson production can be utilized to improve the understanding of the proton wave-function. In the second part, a similar investigation is performed by analysing the production cross-section of the eta' meson in pp and proton-nucleus (pA) collisions. The nucleus and proton are described by the CGC and the kT-factorization respectively. A new technique for the computation of Wilson lines - color charge densities correlators in the McLerran-Venugopalan model is developped. The phenomenology shows that the cross-section in pA collisions is very sensitive to the value of the saturation scale, a crucial ingredient of the CGC picture. In the third part of the thesis, the collision term of the Boltzmann equation is derived from first principles at all orders and for any number of participating particles, starting from the full out-of-equilibrium quantum field theory and using the multiple scattering expansion. Finally, the emission of photons from a non-abelian strong classical field is investigated. A formalism based on Schwinger-Keldysh propagators relating the production rate of photons to the retarded solution of the Dirac equation in a background field is presented. === Dans cette dissertation, les techniques de la physique à plusieurs corps sont utilisées afin d'étudier et d'améliorer certaines idées reliées à la description des collisions d'ions lourds à haute énergie. La première partie de cette thèse s'intéresse à la production des mésons tenseurs dans les collisions proton-proton (pp). Une théorie effective où le méson f2 couple avec le tenseur énergie-impulsion est proposée et une étude comparative de la section efficace calculée dans les formalismes de la factorisation colinéaire, de la factorisation-kT et du color glass condensate (CGC) est entreprise. La phénoménologie dans les collisions pp montre que la section efficace est très sensible à la paramétrisation des fonctions de distribution non-intégrées. En conséquence, la production de mésons f2 peut être utilisée pour améliorer notre compréhension de la fonction d'onde du proton. Dans la seconde partie, une investigation similaire est entreprise où la section efficace de production de mésons eta' est analysée dans les collisions pp et proton-noyau (pA). Le noyau et le proton sont décrits par le CGC et la factorisation-kT respectivement. Une nouvelle technique pour le calcul des correlateurs de lignes de Wilson - densités de charge de couleur dans le modèle de McLerran-Venugopalan est développée. La phénoménologie nous démontre ensuite que la section efficace dans les collisions pA est très sensible à la valeur de l'échelle de saturation, qui est un des éléments crucial dans l'approche du CGC. Dans la troisième partie de cette thèse, le terme de collision de l'équation de Boltzmann est dérivé à partir de principes premiers en utilisant l'expansion en collisions multiples. Finalement, l'émission de photons à partir d'un champs non-abélien classique fort est étudiée. Un formalisme basé sur les propagateurs de Schwinger-Keldysh et qui relie le taux de production des photons à la solution retardée de l'équa