Lo studio della teoria delle interazioni forti, la cromodinamica quantistica (QCD), in condizioni estreme di temperatura e densita' rappresenta uno dei problemi piu' intriganti della fisica teorica degli ultimi vent'anni, capace di catturare crescente attenzione da parte di fisici teorici e sperimentali. Sono molte le ragioni di questo vivace interesse. La QCD e' una teoria quantistica di campo con un contenuto dinamico estremamente ricco; e' il solo settore del Modello Standard per cui fenomeni di comportamento collettivo siano accessibili in laboratorio; inoltre il plasma di quark e gluoni (QGP), lo stato della materia creato negli attuali e futuri esperimenti di ioni pesanti, permeava l'universo nella prima fase della sua evoluzione.

Gli esperimenti condotti a RHIC, al Brookhaven National Laboratory, indicano che tale stato della materia abbia un comportamento simile a quello di un fluido perfetto, cioe' a bassissima viscosita' di taglio. Alle energie di RHIC il valore di tale viscosita' sembra essere prossimo al limite inferiore predetto dalle teorie di gauge supersimmetriche per una costante di accoppiamento tendente all'infinito. E' al tempo stesso interessante e soprendente notare come anche nel settore dei quark pesanti vi siano indicazioni che la viscosita' sia similmente piccola. Si prevede, inoltre, che l'importanza di una nuova fase della QCD, il Color Glass Condensate (CGC), aumenti nell'intervallo di energie accessibili ad LHC al CERN.

L'obiettivo principale del nostro progetto di ricerca e' studiare l'origine microscopica del comportamento del QGP come ``fluido pressoche' perfetto'', e l'impatto di una viscosita' di taglio finita su varie osservabili. In particolare, studieremo il ricco contenuto dinamico di QCD a temperatura finita per capire se il plasma creato

alle energie di LHC si possa ascrivere ad una nuova fase rispetto a quello altamente non perturbativo creato a RHIC. Il nostro approccio teorico, inoltre, consentira' di far luce sulle implicazioni di una possibile fase iniziale di CGC sull'evoluzione dinamica del sistema.

Il progetto prevede due unita' di ricerca; l'Universita' di Catania e quella di Torino. La strategia chiave della nostra collaborazione scientifica consiste nel combinare due diversi tipi di competenze: un approccio al problema da un punto di vista teorico (essenzialmente grazie al gruppo coordinato da C. Ratti a Torino) e uno sul

piano piu' fenomenologico, basato sulla teoria del trasporto (sviluppato soprattutto a Catania). Piu' specificamente, lo sviluppo di modelli microscopici basati sulle teorie di campo e sui piu' recenti risultati numerici da QCD su reticolo consentiranno di identificare i gradi di liberta' rilevanti nei diversi regimi di temperature e densita'. Questo studio fornira' una base teorica su cui sviluppare una teoria del trasporto che incorpori le interazioni dei campi, i processi d'urto a due e tre corpi, condizioni iniziali di non-equilibrio tipo CGC e il processo di adronizzazione. Lo strumento che utilizzeremo nella nostra analisi e` principalmente il modello di Nambu Jona-Lasinio esteso al loop di Polyakov (PNJL) che comprende aspetti della transizione chirale e di deconfinamento. Verra` anche considerato il ruolo dei monopoli magnetici di colore per spiegare il piccolo valore della viscosita` nel range di temperature di RHIC e la sua evoluzione fino alle temperature di LHC. Questo approccio giochera' un ruolo chiave per raggiungere una comprensione definitiva delle proprieta' del QGP sia a RHIC sia ad LHC. Nel nostro progetto la stessa dinamica sara' utilizzata per descrivere la generazione del flusso ellittico e la sua dipendenza dalla viscosita' e per studiare il jet quenching, la dinamica dei quark pesanti e l'adronizzazione via coalescenza. Se non vi fosse, d'altra parte, una stretta collaborazione tra ricercatori esperti in teoria del trasporto e dinamica di QCD a T e μ finiti, non sarebbe possibile sviluppare un codice di trasporto al passo con i rapidi progressi teorici legati agli esperimenti di LHC e a RHIC. Questo permettera` di testare direttamente e verificare l'impatto che le nuove idee teoriche avranno sulle osservabili sperimentali a RHIC e su quelle imminenti ad

LHC, insieme a uno studio globale della ricca fenomenologia delle HIC, legando osservabili inclusive a quelle piu` selettive (come correlazioni a due e tre corpi legati ai jet adronici) e includendo gli effetti di adronizzazione. Inoltre lo studio sara` esteso al settore dei quark pesanti di primaria importanza alle energie di LHC dove

per la prima volta questi saranno prodotti in maniera significativa e sara` cosi` possibile legare la fisica dei mesoni D e B a quella della soppressione e rigenerazione del quarkonio.

Questi due approcci alla fisica del QGP sono generalmente separati con il conseguente indebolimento della loro effettiva utilita` a comprendere i relativi esperimenti. Invece il progetto sara` basato su un mutuo scambio dal quale entrambi gli approcci beneficeranno sfruttando al massimo le informazioni e gli strumenti che ciascuno

dei metodi puo` fornire.

Concludendo, lo scopo principale del presente progetto e` quello di comprendere le proprieta` della materia creata nei collider RHIC e LHC che e` ritenuta essere la materia che riempi` l'Universo primordiale.

Un ulteriore risultato del nostro programma di ricerca sara` quello di creare la base teorica per la futura fisica a FAIR focalizzata sullo studio del punto critico della QCD. Tali esperimenti costiuiscono una delle principali iniziative in Europa nel campo della fisica adronica e nucleare come affermato nel progetto "HadronPhysics2" nell'ambito del programma europeo FP7.