Matéria hadrônica sujeita a campos magnéticos fortes

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2014O campo magnético produzido em uma colisão de íons pesados pode atingir valores muito altos. Isto ocorre devido ao rápido movimento das partículas carregadas e do pequeno espaço em que encontram-se comprimidas durante os instantes iniciais da colisão. Modelamos a matéria durante uma colisão de íons pesados como um gás livre de bárions e mésons, sob a influência de um campo magnético externo entre 10¹8 e 10²0 G. Apenas a matéria estranha (constituída de quarks u, d e s) foi considerada nos cálculos. Ela aparece na forma dos hádrons pertencentes ao octeto bariônico (spin 1/2), decupleto bariônico (spin 3/2) e aos nonetos mesônicos pseudoescalar (spin 0) e vetorial (spin 1). Para descrever corretamente as partículas de spin 3/2 é necessária a solução da equação de Rarita-Schwinger com a inclusão da interação eletromagnética. Mostramos que para uma determinada prescrição do calibre e acoplamento do campo magnético soluções do tipo Dirac são obtidas. Uma das consequências deste resultados é evitar as inconsistências relacionadas a não-covariança e não-causalidade, típicos problemas encontrados na solução da equação de RS. O efeito do campo magnético foi medido através de um ajuste que minimiza o desvio quadrático (x²) com relação as razões experimentais de partículas encontradas no RHIC. Nossos resultados mostram que um campo da ordem de 10¹9 G produz um melhor ajuste aos dados experimentais, em comparação aos cálculos sem campo magnético.Abstract: The magnetic field produced in a heavy ion collision can reach very high values. This occurs due to the rapid movement of charged particles and the small space in which they are compressed during the initial stages of the collision. We model matter during a heavy ion collision as a free gas of baryons and mesons, under the influence of an external magnetic field between 10¹8 and 10²0 G. Only strange matter (composed of u, d and s quarks) was considered in the calculations. It appears in the form of hadrons belonging to the baryon octet (spin 1/2), baryon decuplet (spin 3/2), pseudoscalar meson nonet (spin 0) and vector meson nonet (spin 1). In order to correctly describe the spin 3/2 particles the solution of the Rarita-Schwinger equation with the inclusion of the electromagnetic interaction is required. We show that for a given prescription and gauge for the magnetic field coupling Dirac type solutions are obtained. One consequence of this result is that one avoids dealing with inconsistencies related to noncovariance and non-causality, typical problems found in the solution of the RS equation. We measured the effects of the fields through an adjustment that minimizes the quadratic deviation (x²) regarding the experimental particles ratios in RHIC. Our results show that a field of the order of 10¹9 G gives a better fit to the experimental data, compared to calculations without the magnetic field