Extreme States of Matter in Strong Interaction Physics: An Introduction

این کتاب یک آغازگر دوره‌ای آزمایش شده در مورد ترمودینامیک ماده با تعامل قوی است - حوزه‌ای عمیق و چالش برانگیز از فیزیک مدرن نظری و تجربی. مطالعات تحلیلی و عددی کرومودینامیک کوانتومی آماری ابزار نظری اصلی را ارائه می‌کند، در حالی که در آزمایش‌ها، برخوردهای هسته‌ای با انرژی بالا کلید تحقیقات آزمایشگاهی گسترده است. به این ترتیب، این رشته با فیزیک آماری، ذرات و هسته‌ای، هم از نظر مفهومی و هم در روش‌های تحقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این کتاب، بیش از همه، به بسیاری از دانشمندان جوانی می‌پردازد که شروع به کار کرده‌اند. تحقیقات علمی در این زمینه، ارائه یک مقدمه کلی و مستقل برای آنهاست که مفاهیم و ایده های اساسی را برجسته می کند و توضیح می دهد که چرا ما کاری را انجام می دهیم. بیشتر کتاب بر ترمودینامیک تعادلی تمرکز دارد: ابتدا تصاویر پدیدارشناسی ساده‌شده را ارائه می‌کند که منجر به رفتار بحرانی در ماده هادرونیک و انتقال فاز کوارک-هادرون می‌شود. این توسط عناصر شبکه دمای محدود QCD و نمایش نتایج مهم به‌دست‌آمده از طریق شبیه‌سازی کامپیوتری فرمول شبکه دنبال می‌شود. قبل از اینکه به نمودار فاز QCD بپردازیم، رابطه بین رفتار بحرانی ناشی از شکستن/بازیابی تقارن در QCD را روشن می کند. ارائه ترمودیامیک تعادل توده ای با مطالعه خواص پلاسمای کوارک-گلوئون به عنوان حالت جدیدی از ماده با تعامل قوی تکمیل می شود. فصول پایانی کتاب به موضوعات خاص تری اختصاص داده شده است که وقتی برخوردهای هسته ای به عنوان ابزاری برای مطالعه تجربی ترمودینامیک QCD در نظر گرفته می شود، به وجود می آیند. این ویرایش دوم شامل فصل جدیدی در مورد تکامل هیدرودینامیکی محیط تولید شده در برخوردهای هسته ای است. از آنجایی که مطالعه جریان برای سیالات با تعامل قوی در طول سال ها اهمیت فزاینده ای پیدا کرده است، به آن با جزئیات پرداخته شده است، از جمله نظرات در مورد دوگانگی سنج/گرانش. علاوه بر این، سایر جنبه‌های مطالعات تجربی به‌روز شده‌اند، مانند جستجوی رفتار بحرانی در تولید چند هادرون، کالیبراسیون تولید کوارکونیوم در برخوردهای هسته‌ای، و رابطه بین سرکوب غریبگی و محدودیت‌زدایی.

This book is a course-tested primer on the thermodynamics of strongly interacting matter – a profound and challenging area of both theoretical and experimental modern physics. Analytical and numerical studies of statistical quantum chromodynamics provide the main theoretical tool, while in experiments, high-energy nuclear collisions are the key for extensive laboratory investigations. As such, the field straddles statistical, particle and nuclear physics, both conceptually and in the methods of investigation used.

The book addresses, above all, the many young scientists starting their scientific research in this field, providing them with a general, self-contained introduction that highlights the basic concepts and ideas and explains why we do what we do. Much of the book focuses on equilibrium thermodynamics: first it presents simplified phenomenological pictures, leading to critical behavior in hadronic matter and to a quark-hadron phase transition. This is followed by elements of finite temperature lattice QCD and an exposition of the important results obtained through the computer simulation of the lattice formulation. It goes on to clarify the relationship between the resulting critical behavior due to symmetry breaking/restoration in QCD, before turning to the QCD phase diagram. The presentation of bulk equilibrium thermodyamics is completed by studying the properties of the quark-gluon plasma as a new state of strongly interacting matter. The final chapters of the book are devoted to more specific topics that arise when nuclear collisions are considered as a tool for the experimental study of QCD thermodynamics. This second edition includes a new chapter on the hydrodynamic evolution of the medium produced in nuclear collisions. Since the study of flow for strongly interacting fluids has gained ever-increasing importance over the years, it is dealt with it in some detail, including comments on gauge/gravity duality. Moreover, other aspects of experimental studies are brought up to date, such as the search for critical behavior in multihadron production, the calibration of quarkonium production in nuclear collisions, and the relation between strangeness suppression and deconfinement.