Thermal photons and their role in probing the dynamics of heavy ion collisions

• Main Author: Dion, Maxime
• Other Authors: Charles Gale (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Physics - Nuclear
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=104864

This work involves thermal photon production from the Quark Gluon Plasma (QGP) and Hadronic Gas (HG) in heavy ion collisions. Using a 3D + 1 hydrodynamic model (MUSIC) to describe the evolution of the system after thermalization of a Au+Au collision, we compute the total production of thermal photons. We use effective models for mesonic interactions in HG and the quark gluon plasma. We compare photon production and elliptic flow from both sources and look at how the centrality and the equations of state influence the photon observables.We do this using ideal (non-dissipative) hydrodynamics, but also with viscous hydrodynamics. We examine the effects on the hydrodynamic properties (temperature, flow) and on the photon production of the inclusion of shear viscosity in the hydrodynamic equations. We then also look at another effect of viscosity, which is that the distribution functions of quarks and mesons need to be corrected. In our approach, we compute the necessary integrals for the viscous corrections and tabulate the results as a function of the temperature and energy. We then interpolate between these values. We look at how this affects photonic yield and elliptic flow. We also examine the effect of fluctuating initial conditions on the photon production.We find that viscosity does have a significant impact on the photonic yield, and an even more important effect on the elliptic flow of photons. Fluctuating initial conditions also lead to an appreciable effect on the yield. For all this, we restrict our study to photons with an energy between 0.2 and 4 GeV, which is the range where thermal photons account for a significant amount of the total yield. We show that photons make excellent probes for heavy ion collisions as they are very sensitive to many important theoretical concepts in our model of heavy ion collisions. === Cet ouvrage concerne la production de photons thermaux provenant du Plasma Quarks Gluons (PQG) et du gaz hadronique (GH) dans les collisions d'ions lourds. Nous utilisons un modèle hydrodynamique 3D + 1 (MUSIC) pour décrire le système après la thermalisation d'une collision Au+Au, avec lequel nous calculons la production totale de photons thermaux. Nous utilisons des modèles effectifs pour les interactions mésoniques dans le GH et dans le PQG. Nous comparons la production totale et l'écoulement elliptique des photons pour les deux sources et regardons comment la centralité et les équations d'état influencent les observables photoniques.Nous utilisons un modèle hydrodynamique idéal (non dissipatif), mais aussi un modèle incluant la viscosité. Nous regardons comment les propriétés hydrodynamiques (température, écoulement) sont modifiées par la viscosité de cisaillement et son effet sur la production de photons. De plus, la viscosité a aussi pour effet d'apporter une correction aux fonctions de distribution des quarks et des mesons. Dans notre approche, nous calculons numériquement les intégrales nécessaires pour les corrections visqueuses et tabulons les résultats en fonction de la température et de l'énergie du photon et interpolons entre ces valeurs. Nous examinons comment cela affecte la production totale de photons ainsi que l'écoulement elliptique. Nous regardons aussi l'effet des conditions initiales aléatoires.Nos calculs montrent que la viscosité a un effet significatif sur la production de photons, et surtout sur l'écoulement elliptique de ceux-ci. Les conditions initiales aléatoires ont aussi un effet très appréciable sur la production totale de photons. Pour tous les éléments mentionnés ci-haut, nos calculs sont restreints à des énergies du photon de 0.2 GeV à 4 GeV, qui correspond à la plage d'énergie pour laquelle les photons thermaux contribuent de façon significative à la production complète de photons (incluant tous les autres procédés pertinents). Nous montrons que les photons font d'excellentes sondes pour les collisions d'ions lourds car ils sont très sensibles aux concepts théoriques importants dont notre modèle dépend.