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Relatório Científico Parcial. Programa PNPD/CAPES - modalidade A. Novas equações de estado e hidrodinâmica da matéria de quarks

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Academic year: 2021

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Relat´

orio Cient´ıfico Parcial

Programa PNPD/CAPES - modalidade A

Novas equa¸

oes de estado

e hidrodinˆ

amica da mat´

eria de quarks

Per´ıodo: agosto de 2015 a julho de 2016

Instituto de F´ısica - Universidade de S˜ao Paulo

Bolsista: David Augaitis Foga¸ca

Supervisor: Prof. Dr. Fernando Silveira Navarra

(4)

Nome do bolsista: David Augaitis Foga¸ca

Institui¸c˜ao: Instituto de F´ısica - Universidade de S˜ao Paulo, Departa-mento de F´ısica Experimental

N´ıvel: P´os-Doutorado, Programa PNPD/CAPES - modalidade A Supervisor: Prof. Dr. Fernando Silveira Navarra

´

Area: F´ısica

T´ıtulo do projeto de pesquisa: Novas equa¸c˜oes de estado e hidrodinˆamica da mat´eria de quarks

Vigˆencia da Bolsa: 01 de novembro de 2015 a 31 de outubro de 2016 Relat´orio: 3 Per´ıodo deste relat´orio: agosto/2015 a julho/2016

Data da entrega: 09 de agosto de 2016 S˜ao Paulo, 09 de agosto de 2016.

(5)

1

Resumo do plano inicial

1.1

Ondas n˜

ao-lineares em fluidos viscosos

Conforme mencionamos no plano de pesquisa, as perturba¸c˜oes n˜ao-lineares fortemente localizadas podem existir e se propagar atrav´es de um fluido. Duas famosas s˜ao os solitons de KdV (em uma dimens˜ao) e o s´oliton de Kadomtsev-Petviashvili (KP) (em trˆes dimens˜oes). A equa¸c˜ao de KP ´e a generaliza¸c˜ao tridimensional da equa¸c˜ao de KdV. Em trabalhos recentes n´os obtivemos (em temperatura nula) a equa¸c˜ao de KdV no plasma de quarks e gluons fortemente acoplado (sQGP) [1] e a equa¸c˜ao de KP em QCD [2]. Ambas equa¸c˜oes surgem da combina¸c˜ao das vers˜oes relativ´ısticas da equa¸c˜ao de Euler e da continuidade mediante inclus˜ao de termos n˜ao-lineares via RPM [3]. A pr´oxima etapa ´e verificar se tais equa¸c˜oes de onda n˜ao-lineares tamb´em existem em altas temperaturas.

J´a estudamos efeitos de viscosidade na hidrodinˆamica relativ´ıstica atrav´es do uso da equa¸c˜ao de Navier-Stokes que resultou numa equa¸c˜ao de Burgers para perturba¸c˜oes na densidade de energia [4]. Estas perturba¸c˜oes descrevem tubos de fluxo cil´ındricos que se expandem no QGP. Para considerar termos n˜ao-lineares e obter a equa¸c˜ao de Burgers, utilizamos o RPM. Com o uso deste m´etodo eliminamos o problema de causalidade da equa¸c˜ao de Navier-Stokes. Por´em, uma descri¸c˜ao mais consistente deve ser feita atrav´es da teoria de M¨uller-Israel-Stewart (MIS) [5]. Pretendemos aplicar o RPM na teoria de MIS. Assim ser´a poss´ıvel estudar sob quais condi¸c˜oes ocorre ou n˜ao a viola¸c˜ao da causalidade na hidrodinˆamica relativ´ıstica e determinar que equa¸c˜oes de onda n˜ao-lineares com viscosidade s˜ao causais. As equa¸c˜oes de onda encontradas ser˜ao aplicadas, por exemplo, no estudo da evolu¸c˜ao de tubos de fluxo no QGP. Tamb´em fizemos estudo de propaga¸c˜ao de ondas lineares e n˜ao-lineares na hidrodinˆamica n˜ao-relativ´ıstica viscosa para o g´as

(6)

de hadrons (HG) e tamb´em para o QGP. Conclu´ımos o HG dissipa fortemente a propaga¸c˜ao de ondas, enquanto que para o QGP as ondas “sobrevivem mais”, possibilitando a forma¸c˜ao de ondas de choque [6]. Queremos estender esse trabalho para a hidrodinˆamica relativ´ıstica causal viscosa para encontrar mais assinaturas que diferenciem o HG do QGP.

1.2

Campo magn´

etico

Tamb´em apresentamos a proposta de recalcular nossa equa¸c˜ao de estado (EOS), derivada em [7], incluindo a a¸c˜ao do campo magn´etico. A inclus˜ao do campo magn´etico na QCD ´e feita atrav´es do acoplamento m´ınimo com os campos dos quarks e com a adi¸c˜ao do termo eletromagn´etico na Lagran-giana da QCD [8]. Essa nova EOS, al´em de ser um trabalho in´edito iso-ladamente, tamb´em possibilita estudar os efeitos do campo magn´etico no c´alculo de estrutura estelar de estrelas compactas de quarks. A estrutura estelar (c´alulo de raio e massa) ´e obtida atrav´es das solu¸c˜oes das equa¸c˜oes de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV). Tal trabalho em astrof´ısica seria uma perfei¸coamento do que fizemos em [9].

1.3

Temperatura finita

A generaliza¸c˜ao natural ´e estender nossa EOS em [7] para o caso do QGP quente, ou seja, recalculando-a em temperatura finita. Como em [7], faremos a separa¸c˜ao do campo dos gluons em “hard” e “soft” e reescreveremos a componente “soft” em termos dos condensados de gluons, que, como j´a foi mostrado em c´alculos de QCD na rede, sobrevive at´e temperaturas da ordem de 2Tc (onde Tc ´e a temperatura cr´ıtica). Um dos objetivos ´e reproduzir os

resultados de QCD na rede e estendˆe-los para densidades altas, o que n˜ao ´e poss´ıvel fazer na rede, obtendo assim uma aproxima¸c˜ao anal´ıtica (e v´alida para altas densidades) para os c´alculos num´ericos feitos em [10].

(7)

1.4

Invariˆ

ancia de gauge

A EOS que deduzimos em [7] foi a partir da Lagrangiana da QCD. Entre-tanto, fizemos aproxima¸c˜oes que resultaram numa teoria efetiva de quarks e gluons am altas densidades. Se por um lado a equa¸c˜ao obtida ´e anal´ıtica e nos d´a um ´otimo “insight” sobre a f´ısica envolvida, por outro, tivemos que sacrificar a invariˆancia de gauge. Pretendemos rederivar nossa EOS num formalismo invariante de gauge, com o uso do tensor de energia-momento da QCD, invariante de gauge e sim´etrico [11], n˜ao desprezando as derivadas espa¸co-temporais da componente do campo dos gluons. Uma vez obtida a nova EOS, pretendemos investigar suas implica¸c˜oes no c´alculo de estrutura estelar.

1.5

Equa¸

oes de estado em cosmologia

No universo primordial houve um “crossover” do QGP para a fase hadrˆonica. N´os pretendemos investigar como estas mudan¸cas na equa¸c˜ao de estado do QGP alteram a evolu¸c˜ao do Universo neste per´ıodo de transi¸c˜ao e quais as suas conseq¨uˆencias observacionais. Alguns trabalhos sobre este tema j´a foram publicados [12], mas ainda h´a muito o que se fazer, como por exemplo, considerar potencial qu´ımico baixo, o que ainda n˜ao foi feito.

Um primeiro passo nesta dire¸c˜ao ´e resolver as equa¸c˜oes de Friedmann usando novas equa¸c˜oess de estado, como j´a feito em [13, 14, 15] e determinar quais as altera¸c˜oes na evolu¸c˜ao temporal de grandezas como densidade de energia, temperatura, press˜ao e velocidade do som. A seguir pretendemos investigar quais as altera¸c˜oes em processos como a emiss˜ao de ondas gravita-cionais. Estes estudos em cosmologia ser˜ao executados junto com o aluno de doutorado Samuel Mendes Sanches J´unior, do qual estou sendo co-orientador informal.

(8)

1.6

Flutua¸

oes na densidade de energia:

inomogenei-dades cosmol´

ogicas na QCD

Atrav´es das equa¸c˜oes de conserva¸c˜ao de energia e momento na relatividade geral pretendendemos estudar as flutua¸c˜oes na densidade de energia no Uni-verso primordial quando a transi¸c˜ao de fase para a QCD ocorre [14, 15, 16]. Esse estudo ´e baseado no fato de que os efeitos de transi¸c˜ao para esta fase afetam a dependˆencia no tempo das grandezas termodinˆamicas e geram flu-tua¸c˜oes da densidade de energia do Universo primordial.

Se a transi¸c˜ao para a fase de QCD for de primeira ordem, com a veloci-dade do som se anulando na temperatura cr´ıtica de transi¸c˜ao, tais flutua¸c˜oes possuem altas amplitudes em suas oscila¸c˜oes. Entretanto, se a transi¸c˜ao for do tipo “crossover” espera-se que as flutua¸c˜oes sejam amortecidas e que tamb´em a velocidade do som nunca ser´a nula, ela simplesmente diminuir´a a um valor finito na regi˜ao de temperatura onde ocorre o crossover. Nos trabalhos [14, 15, 16] o formalismo para o estudo de flutua¸c˜oes ´e desenvol-vido e a equa¸c˜ao de estado utilizada ´e baseada no modelo de sacola do MIT com contribui¸c˜oes eletrofracas. Pretendemos estudar tal formalismo e refazer os trabalhos [14, 15, 16] utilizando novas equa¸c˜oes de estado, tornando este trabalho uma extens˜ao do estudo descrito no item anterior.

1.7

Cavita¸

ao no plasma de quarks e gluons

Ap´os o estudo de dissipa¸c˜ao e causalidade a partir da teoria MIS, estudamos outro efeito da viscosidade que ´e a cavita¸c˜ao no plasma de quarks e gluons. A cavita¸c˜ao acontece quando a press˜ao longitudinal no referencial pr´oprio do fluido se torna negativa devido efeitos de viscosidade [17]. N´os aplicamos as equa¸c˜oes de estado mais modernas e a que desenvolvemos [18] no estudo de cavita¸c˜ao no plasma de quarks e gluons.

(9)

Essencialmente estudamos e sofisticamos o trabalho desenvolvido em [17], n˜ao apenas com a utiliza¸c˜ao de equa¸c˜oes de estado mais atuais, mas usando potencial qu´ımico finito e estendendo o estudo para o plasma de quarks e gluons n˜ao-conforme em teorias hologr´aficas [19]. Um efeito interessante que conclu´ımos ´e que o aumento do potencial qu´ımico faz com que a cavita¸c˜ao ocorra mais cedo com rela¸c˜ao a situa¸c˜oes de potencial qu´ımico nulo. Al´em disso estudamos as parametriza¸c˜oes modernas de viscosidade e escalas de tempo de relaxa¸c˜ao que garantem a estabilidade dos fluidos viscosos rela-tiv´ısticos.

1.8

Estudo de colapso de bolhas de hadrons no plasma

de quarks e gluons

Aplicaremos as equa¸c˜oes de estado modernas estudadas nos nossos trabalhos [18, 20] referente ao item 1.5 - “Equa¸c˜oes de estado em Cosmologia” e ao trabalho [21] referente ao item 1.7 - “Cavita¸c˜ao no plasma de quarks e gluons” no estudo de tempo de colapso das bolhas de hadrons que surgem no plasma de quarks e gluons (QGP). Para tanto, utilizaremos a vers˜ao relativ´ıstica da equa¸c˜ao de Rayleigh-Plesset [22], que ´e a equa¸c˜ao que rege a dinˆamica de bolhas em fluidos. Nesta equa¸c˜ao utilizaremos duas equa¸c˜oes de estado: uma para a fase de l´ıquido (QGP) e outra para a fase de g´as (g´as de hadrons). Este estudo compreende o estudo de outras equa¸c˜oes de estado para a fase hadrˆonica e tamb´em estudos anal´ıticos e num´ericos mais detalhados, uma vez que a vers˜ao relativ´ıstica da equa¸c˜ao de Rayleigh-Plesset ´e uma equa¸c˜ao ´ıntegro-diferencial.

(10)

2

Resumo das atividades desenvolvidas

durante o per´ıodo deste relat´

orio

2.1

Estudo de bolhas de hadrons no plasma de quarks

e gluons

Nosso estudo referente ao item 1.7 - “Cavita¸c˜ao no plasma de quarks e glu-ons” resultou no trabalho publicado [21] conforme apresentamos no relat´orio anterior. Quando a cavita¸c˜ao ocorre, bolhas de outra fase podem surgir no meio e o estudo de tempo de colapso destas bolhas pode fornecer alguma informa¸c˜ao sobre a poss´ıvel transi¸c˜ao de fase. Estudamos as duas situa¸c˜oes: bolhas de hadrons que surgem no plasma de quarks e gluons (QGP) e tamb´em bolhas de QGP que surgem no g´as de hadrons (HG), ap´os a cavita¸c˜ao.

Executamos o item 1.8 - “Estudo de colapso de bolhas de Hadrons no Plasma de Quarks e Gluons” do plano de trabalho. O tempo de colapso de bolhas foi obtido atrav´es da solu¸c˜ao da vers˜ao relativ´ıstica da equa¸c˜ao de Rayleigh-Plesset (RRP), que ´e a equa¸c˜ao que rege a dinˆamica de bolhas em fluidos. Em nosso caso foi necess´ario deduzir a vers˜ao da RRP para temperatura finita, uma vez que a RRP obtida em [22] era apenas para temperatura nula. Para tanto, usamos o princ´ıpio variacional que leva `a RRP, mas agora com a inclus˜ao da temperatura. Obtida a RRP, n´os utilizamos equa¸c˜oes de estado modernas para as duas fases: uma variante do modelo de sacola do MIT para o QGP frio e o modelo n˜ao-linear de Walecka para o HG frio. Para o caso de temperatura finita, consideramos uma parametriza¸c˜ao da QCD na rede recente e o modelo Walecka para o HG quente.

Estudamos tamb´em os limites n˜ao-relativ´ısticos da RRP em temperatura nula e finita, resolvendo as equa¸c˜oes encontradas tanto numerica quanto ana-liticamente. Uma das conclus˜oes mais importantes deste trabalho foi no caso

(11)

de temperatura nula: o tempo de expans˜ao da bolha de QGP n˜ao ´e pe-queno, sugerindo que a dura¸c˜ao da transi¸c˜ao de fase quark-hadron deve ser considerada nas simula¸c˜oes de colis˜oes em energias intermedi´arias.

Esse trabalho foi extenso e exigiu nossa aten¸c˜ao em boa parte do segundo semestre do ano passado, sendo submetido em janeiro deste ano e aceito para publica¸c˜ao no mˆes de maio, ap´os revis˜oes sugeridas pelo referee e melhorias no estudo num´erico. Todo o estudo deste t´opico foi executado em conjunto com o aluno de doutorado Samuel Mendes Sanches J´unior e o p´os-doutor Ricardo Fariello, ambos do IFUSP, e est´a publicado em [23].

2.2

Equa¸

ao de estado com campo magn´

etico e aplica¸

ao

em astrof´ısica

De acordo com nossas propostas de trabalho resumidas nos itens 1.2 -“Campo magn´etico” e 1.3 - “Temperatura finita”, deduzimos uma express˜ao anal´ıtica da equa¸c˜ao de estado do QGP frio sob um campo magn´etico forte. Al´em disso fizemos os c´alculos considerando temperatura finita e incluindo a intera¸c˜ao com o campo magn´etico a partir da Lagrangiana da QCD.

As express˜oes obtidas foram calculadas no limite de temperatura nula para aplica¸c˜ao em astrof´ısica. Al´em disso, realizamos um estudo preciso da determina¸c˜ao dos parˆametros tais como acoplamentos, massas, condensados de gluons, intensidade do campo magn´etico e n´ıveis de Landau, satisfazendo as condi¸c˜oes de estabilidade da equa¸c˜ao de estado. As condi¸c˜oes de estabi-lidade incluem a conserva¸c˜ao do n´umero bariˆonico, a neutralidade de carga, o decaimento beta e que a energia por b´arion no QGP seja suficientemente pequena para que ele n˜ao decaia num meio hadrˆonico. Uma descri¸c˜ao de-talhada das condi¸c˜oes de estabilidade encontra-se em [9]. Com a equa¸c˜ao de estado satisfazendo as condi¸c˜oes de estabilidade, podemos aplic´a-la em c´alculos de estrutura estelar [9]. Obtivemos massas estelares da ordem de

(12)

1.8 a 3.3 massas solares com raios de 10 Km a 17 Km nas situa¸c˜oes de campo magn´etico nulo e finito com intensidades de 5 × 1016

Ga 1018

G. Este trabalho foi executado com o aluno de doutorado Samuel Mendes Sanches J´unior e o aluno de mestrado Theo F. Motta, tamb´em sob orienta¸c˜ao do Prof. Dr. Fernando Silveira Navarra. Este trabalho ´e a publica¸c˜ao [24].

2.3

Estudo de causalidade em fluidos viscosos

Durante a elabora¸c˜ao do artigo [25] tivemos que estudar em detalhes as propriedades de causalidade e estabilidade de teorias que descrevem hidro-dinˆamica relativ´ıstica dissipativa. Como conseq¨uˆencia desenvolvemos junta-mente com o Prof. Dr. Jorge Noronha, o aluno de doutorado Hugo Marrochio do Perimeter Institute for Theoretical Physics e o Prof. Dr. Gabriel S. Deni-col da UFF, uma an´alise das condi¸c˜oes necess´arias para que uma teoria em hidrodinˆamica relativ´ıstica dissipativa seja est´avel e causal, incluindo outras teorias alternativas `a MIS.

Estudamos causalidade e estabilidade de teorias em hidrodinˆamica dis-sipativa cujas escalas de tempo de relaxa¸c˜ao (parˆametro de transporte) s˜ao constru´ıdas a partir de expans˜ao em gradientes da velocidade do fluido. A diferen¸ca ´e que a MIS ´e causal e est´avel para perturba¸c˜oes lineares em todos os comprimentos de ondas e velocidades do fluido, enquanto que outras teo-rias baseadas nestas expans˜oes em gradientes de velocidade s˜ao inst´aveis em regimes de baixas velocidades do fluido, como por exemplo, a teoria proposta em [26].

Desenvolvemos tamb´em uma forma covariante de escrever as rela¸c˜oes de dispers˜ao para as equa¸c˜oes de ondas lineares no fluido, com o objetivo de estudar estabilidade e causalidade. Provamos que em geral uma teoria dissi-pativa constru´ıda a partir de expans˜ao em gradientes de velocidade sempre

(13)

cont´em modos n˜ao-causais e inst´aveis, isto ´e, modos divergentes em regi˜oes onde o fluido est´a praticamente em repouso.

Vamos escrever este trabalho junto com o estudante Hugo Marrochio, abrangendo o que desenvolvemos em [25] e que ser´a contextualizado em um novo trabalho publicado recentemente em [27].

2.4

Trabalhos apresentados em eventos

Foram apresentados dois trabalhos do qual sou co-autor. Ambos foram apre-sentados na forma de semin´ario pelo aluno de doutorado Samuel Mendes Sanches J´unior. O primeiro trabalho foi “Cavita¸c˜ao no plasma de quarks e gluons” na XXVI Reuni˜ao de Trabalho sobre Intera¸c˜oes Hadrˆonicas - RE-TINHA XXVI (ocorrida no CBPF - Rio de Janeiro, em 2015), que relata aspectos do trabalho publicado em [21]. O outro trabalho foi “Evolu¸c˜ao de bolhas e a transi¸c˜ao de fase quark-hadron”, apresentado na XXVII Reuni˜ao de Trabalho sobre Intera¸c˜oes Hadrˆonicas - RETINHA XXVII (ocorrida no IFUSP em maio deste ano), baseado na publica¸c˜ao [23].

3

Publica¸

oes no per´ıodo

Artigo publicado em revista:

1) “Bubble dynamics and the quark-hadron phase transition in nuclear collisions”, D. A. Foga¸ca, S. M. Sanches, R. Fariello and F. S. Navarra, Phys. Rev. C 93, 055204 (2016) [arXiv:1601.04596 [hep-ph]].

Artigo submetido para publica¸c˜ao:

1) “Compact stars with strongly coupled quark matter in a strong mag-netic field”, D. A. Foga¸ca, S. M. Sanches Jr., T. F. Motta, F. S. Navarra, [arXiv:1608.00602 [hep-ph]] e submetido ao Physical Review C.

(14)

1) “Stability and causality for relativistic dissipative hydrodynamics with relaxation”, H. Marrochio and D. A. Foga¸ca.

4

Solicita¸

ao da renova¸

ao para o pr´

oximo

per´ıodo

Os resultados obtidos nesse per´ıodo nos motivam a continuar a desenvolver as linhas de pesquisas propostas no plano de trabalho inicial e tamb´em a estudar novos itens adicionados ao nosso plano, descritos em “Plano de trabalho e cronograma para as etapas seguintes”.

Com os resultados j´a obtidos e os estudos em execu¸c˜ao, solicitamos a renova¸c˜ao da bolsa de p´os-doutoramento do programa PNPD/CAPES - mo-dalidade A para dar continuidade aos nossos trabalhos j´a em andamento e para executar o projeto apresentado na pr´oxima se¸c˜ao.

Pretendemos dar continuidade `a execu¸c˜ao do plano inicial e tamb´em exe-cutar os projetos mencionados na pr´oxima se¸c˜ao.

5

Plano de trabalho e cronograma para as

etapas seguintes

Nosso plano inicial de trabalho permanece em execu¸c˜ao, agora com a adi¸c˜ao dos t´opicos:

5.1

Equa¸

oes de estado em cosmologia com

hidro-dinˆ

amica viscosa

Pretendemos refazer o estudo do item 1.5 - “Equa¸c˜oes de estado em Cos-mologia”, mas agora considerando a hidrodinˆamica relativ´ıstica dissipativa, ou seja, queremos resolver as equa¸c˜oes de Friedmann a fim de estudarmos

(15)

quais os efeitos dissipativos na evolu¸c˜ao temporal da densidade de energia e temperatura, por exemplo. Essencialmente consiste em refazer nosso estudo [18, 20], por´em com a inclus˜ao de viscosidade e escalas de relaxa¸c˜ao.

Este estudo tamb´em ser´a executado junto com o aluno de doutorado Samuel Mendes Sanches J´unior.

5.2

Estudo de ondas n˜

ao-lineares no plasma de quarks

e gluons sob influˆ

encia de campo magn´

etico

in-tenso

Utilizando nossa equa¸c˜ao de estado para o QGP sob influˆencia do campo magn´etico e a recente aplica¸c˜ao dela em astrof´ısica feita no trabalho [24], va-mos estudar ondas n˜ao-lineares em fluidos viscosos no contexto da magneto-hidrodinˆamica [28]. Estudaremos os efeitos que o campo magn´etico produz na estabilidade e causalidade de ondas lineares e n˜ao-lineares que regem per-turba¸c˜oes de densidade bariˆonica no QGP. A originalidade neste trabalho est´a no fato de termos a intera¸c˜ao dos quarks com o campo magn´etico n˜ao apenas nas equa¸c˜oes b´asicas da magneto-hidrodinˆamica, mas tamb´em efeitos do campo magn´etico proveniente da equa¸c˜ao de estado. Este trabalho est´a em execu¸c˜ao e as equa¸c˜oes que j´a deduzimos s˜ao apresentadas resumidamente a seguir.

5.1.1− Equa¸c˜ao de onda na lineariza¸c˜ao da magneto-hidrodinˆamica. Considerando que o QGP para um dado campo magn´etico uniforme ´e definido por uma densidade bariˆonica de referˆencia ρ0 e com velocidade do

som cs, podemos definir para cada sabor de quark f as seguintes grandezas

adimensionais para a densidade bariˆonica (ρB) e velocidade(~v):

ˆ

ρf = ρB f(x, y, z, t) ρ0

e ~vˆf =~vf(x, y, z, t) cs

(16)

A partir da condi¸c˜ao de equil´ıbrio as perturba¸c˜oes na densidade e velocidade s˜ao: ˆ ρf = ρB f(x, y, z, t) ρ0 = 1 + δρB f(x, y, z, t) ˆ ~vf = ~vf(x, y, z, t) cs = δ~vf(x, y, z, t)

Partindo das equa¸c˜oes da magneto-hidrodinˆamica e considerando apenas ter-mos de ordem δ, encontrater-mos a seguinte equa¸c˜ao de onda:

~ ∇2δρB f − 1 cs2 ∂2 ∂t2δρB f = − 1 cs2 " 1 Mf ρ0 ζ+4 3η !# ∂ ∂t∇~ 2 δρB f + 3 Qf csMf ! ~ ∇ ·δ~vf × ~B (1) onde ζ e η s˜ao os coeficientes de viscosidade, Mf ´e uma escala de massa bariˆonica para o quark f e Qf a respectiva carga el´etrica do quark f. O campo magn´etico ´e ~B = B ˆz, um campo uniforme de magnitude B na dire¸c˜ao z.

5.1.2− Equa¸c˜ao de onda n˜ao-linear na magneto-hidrodinˆamica.

Dadas as mesmas condi¸c˜oes do item anterior, apenas com as expans˜oes em ordem mais alta de perturba¸c˜ao:

ˆ ρf = ρB f(x, y, z, t) ρ0 = 1 + δρB f(x, y, z, t) + O(δ2 ) + . . . ˆ ~vf = ~vf(x, y, z, t) cs = δ~vf(x, y, z, t) + O(δ2 ) + . . .

podemos aplicar o tratamento via formalismo RPM [3] que nos permite tra-tar tais perturba¸c˜oes at´e ordem δ2

apropriadamente, e encontrar a seguinte equa¸c˜ao de onda: ∂ ∂x ( ∂ ∂tδρB f + cs ∂ ∂xδρB f + 3cs 2 ! δρB f ∂ ∂xδρB f + cs 4 mG2 ! ∂3 ∂x3δρB f − " 4 mG 2 cs 3 27 gh2ρ02 # ζ+4 3η ! ∂2 ∂x2δρB f ) + cs 2 ! ∂2 ∂y2δρB f + cs 2 ! ∂2 ∂z2δρB f =

(17)

= 16 Qf 2 B2 mG 4 cs 3 81 gh4ρ02 ! δρB f (2)

onde gh ´e a constante de acoplamento da QCD e mG ´e a massa dinˆamica do

gl´uon, ambos provenientes da equa¸c˜ao de estado. Os outros parˆametros s˜ao os mesmos j´a mencionados acima.

O objetivo deste estudo ´e resolver analiticamente (se poss´ıvel) e nume-ricamente as equa¸c˜oes tridimensionais de onda (1) e (2), ambas para a per-turba¸c˜ao ρB f(x, y, z, t), para entendermos o comportamento dos efeitos n˜ao-lineares, dissipativos e dispersivos (dados pelo termo de terceira derivada es-pacial) sob influˆencia do campo magn´etico, uma vez que al´em da dependˆencia expl´ıcita, temos ρ0 = ρ0(B) e cs= cs(B). Al´em disso, deduziremos a equa¸c˜ao

(2) em coordenadas cil´ındricas, uma vez que o campo magn´etico define uma dire¸c˜ao privilegiada e o problema passa a ter simetria cil´ındrica.

No caso de campo magn´etico nulo, a equa¸c˜ao (1) se reduz `a equa¸c˜ao de onda com dissipa¸c˜ao j´a estudada por n´os em [6]. J´a a equa¸c˜ao (2) sem efeitos do campo magn´etico ´e a generaliza¸c˜ao tridimensional da equa¸c˜ao de KdV-Burgers, chamada de equa¸c˜ao de Kadomtsev-Petviashvili-Burgers (KP-Burgers) e j´a estudada por n´os em [2, 29], tanto em coordenadas cartesianas quanto cil´ındricas.

5.3

Ondas gravitacionais e a transi¸

ao de fase

quark-hadron

A observa¸c˜ao recente de ondas gravitacionais renovou o interesse nestas ondas e vai incentivar novos projetos experimentais nesta ´area. Assim parece opor-tuno revisitar os c´alculos de gera¸c˜ao de ondas gravitacionais e em particular os c´alculos relativos a gera¸c˜ao de ondas na transi¸c˜ao de fase quark-hadron. Pretendemos estudar e atualizar os c´alculos feitos nas Refs. [30] e [31], in-cluindo os efeitos da viscosidade e considerando novas equa¸c˜oes de estado para o QGP.

(18)

Referˆ

encias

[1] D. A. Foga¸ca, F. S. Navarra and L. G. Ferreira Filho, Phys. Rev. D 84, 054011 (2011).

[2] D. A. Foga¸ca, F. S. Navarra and L. G. Ferreira Filho, arXiv:1202.2137v2 [math-ph], Comm. Nonlin. Sci. Num. Sim. 18, 221 (2013).

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[6] D. A. Foga¸ca, F. S. Navarra, L. G. Ferreira Filho, Phys. Rev. C 88, 025208 (2013).

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Referências

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