Física del plasma de QED

Abstract

Durante los primeros microsegundos después del Big Bang, la temperatura del Universo temprano era tan alta que las partículas elementales, tales como quarks y gluones, se propagaban libremente en una sopa caliente de materia nuclear. Hoy en día este estado de la materia llamado plasma de quarks y gluones (QGP, por sus siglas en inglés), puede generarse en el Colisionador de Iones Pesados Relativistas (RHIC)en el Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) y en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). Uno de los métodos para estudiar este estado de la materia, es utilizar partículas masivas como sondas. Esto permite obtener, indirectamente, información sobre las propiedades físicas del plasma. Para entender cómo estas partículas se utilizan como sondas, necesitamos algunas herramientas básicas. Específicamente necesitamos la Teoría Térmica de Campos (TFT) para describir procesos de las partículas elementales en condiciones de temperatura extrema. Con esta teoría podemos estudiar como una de estas partículas pesadas pierde energía cuando atraviesa el plasma. El tener un mejor conocimiento de los mecanismos de pérdida de energía de sondas masivas, nos ayuda a investigar propiedades físicas del QGP. Convenientemente, el estudio del QGP se puede realizar como una extensión del estudio del plasma formado por electrones, positrones y fotones, cuya dinámica se describe con la Electrodinámica Cuántica (QED, por sus siglas en inglés). Por esta razón, en este trabajo nos enfocamos en la física del plasma de QED. Para ello, establecemos algunas de las herramientas básicas de la TFT las cuales serán necesarias para el cálculo de la pérdida de energía a temperatura finita. Trabajando en este formalismo estudiamos el mecanismo de la pérdida de energía de un muón pasando a través del plasma de QED aun a temperatura T. Usamos el método propuesto por Braaten y Yuan[1], que consiste en separar en dos regiones el momento transferido del muón al plasma. Una región es la llamada Hard, donde el momento transferido es mayor que una escala de referencia q∗ y la otra región es la llamada Soft, donde el momento transferido es menor que esta escala de referencia: la pérdida de energía total está dada por ambas contribuciones. Finalmente, para evidenciar el funcionamiento de los resultados en un contexto fenomenológico, haremos el análisis de la pérdida de energía de un muón en un medio isótropo con características geométricas y cinemáticas específicas.