Figure 2.25 from page 92 of Exploring the Heart of Ma2er - PowerPoint PPT Presentation

Figure ¡2.25 ¡from ¡page ¡92 ¡of ¡ Exploring ¡the ¡Heart ¡of ¡Ma2er ¡ Temperature Early Universe The Phases of QCD LHC Experiments RHIC Experiments R H I C E n e r g y Quark-Gluon Plasma S c a n Crossover Future FAIR Experiments ~170 MeV s 1 t o r d e r p h a s e t r a n s Critical Point i t i o n Color Hadron Gas Superconductor Nuclear Vacuum Neutron Stars Matter 0 MeV 0 MeV 900 MeV Baryon Chemical Potential FIGURE 2.25 The phase diagram of QCD is shown as a function of baryon chemical potential (a measure of the matter to antimatter excess) and temperature. A prominent feature in this landscape is the location of the critical point, which indicates the end of the first-order phase transition line in this plane. SOURCE: DOE/NSF, Nuclear Science Advisory Committee, 2007, The Frontiers of Nuclear Science: A Long Range Plan.

La2ce ¡QCD ¡calcula8ons: ¡Order ¡of ¡the ¡phase ¡transi8on ¡ h@p://quark.phy.bnl.gov/~htding/usqcd/scaling.html ¡ • As ¡func8on ¡of ¡light ¡quark ¡masses ¡(x-­‑axis) ¡and ¡strange ¡quark ¡mass ¡(y-­‑axis) ¡

La2ce ¡QCD ¡calcula8ons ¡across ¡phase ¡transi8on ¡ h@p://www.nupecc.org/report97/report97_nnc/node14.html ¡ • T c ¡is ¡the ¡cri8cal ¡temperature, ¡so ¡phase ¡transi8on ¡at ¡T/T c ¡= ¡1 ¡ • LeQ: ¡Wilson ¡loop ¡L, ¡which ¡is ¡a ¡measure ¡of ¡the ¡quark ¡free ¡energy: ¡jumps ¡at ¡deconfinement ¡ • Right: ¡quark ¡condensate, ¡analogous ¡to ¡magne8za8on ¡in ¡ferromagnet: ¡jumps ¡at ¡restora8on ¡ of ¡chiral ¡symmetry ¡(cf. ¡restora8on ¡of ¡rota8on ¡symmetry ¡in ¡magnet ¡at ¡Curie ¡temperature) ¡ • Deconfinement ¡and ¡chiral ¡symmetry ¡restora8on ¡transi8ons ¡ à ¡same ¡temperature! ¡

QCD ¡vacuum: ¡Chiral ¡symmetry ¡breaking ¡ à ¡quark ¡condensate ¡ • Massless ¡quarks ¡are ¡either ¡right-­‑handed ¡or ¡leQ-­‑handed ¡(you ¡can ¡think ¡of ¡this ¡as ¡ analogous ¡to ¡leQ ¡or ¡right ¡circularly ¡polarized ¡light): ¡spin ¡S ¡and ¡momentum ¡p ¡ • Quark ¡condensate ¡acts ¡like ¡a ¡background ¡field ¡to ¡propaga8ng ¡quarks, ¡that ¡gives ¡ them ¡a ¡mass ¡ à ¡“cons8tuent ¡quarks” ¡ • The ¡quark ¡condensate ¡breaks ¡the ¡chiral ¡symmetry ¡in ¡the ¡sense ¡that ¡a ¡non-­‑zero ¡ spontaneous ¡magne8za8on ¡breaks ¡rota8onal ¡invariance ¡in ¡a ¡ferromagnet. ¡

QCD ¡vacuum: ¡Chiral ¡symmetry ¡breaking ¡ à ¡classical ¡model ¡ h@p://www-­‑np.ucy.ac.cy/HADES/physics/physics_main.html ¡ Figure ¡2.2 : ¡Classical ¡mechanics ¡ poten8al ¡model ¡illustra8ng ¡chiral ¡ symmetry ¡breaking. ¡The ¡poten8al ¡ in ¡a) ¡is ¡symmetric. ¡In ¡b) ¡the ¡ poten8al ¡is ¡s8ll ¡symmetric, ¡but ¡ the ¡symmetry ¡of ¡the ¡ground ¡state ¡ is ¡spontaneously ¡broken ¡as ¡the ¡ ball ¡rolls ¡to ¡a ¡certain ¡point ¡in ¡the ¡ poten8al ¡and ¡selects ¡a ¡direc8on, ¡ which ¡breaks ¡the ¡symmetry. ¡ However, ¡a ¡rota8on ¡(moving ¡the ¡ ball ¡in ¡the ¡valley) ¡does ¡not ¡cost ¡ energy ¡[7]. ¡