Quantum mechanical string shoving

Abstract

The Lund string model, which is implemented in PYTHIA, describes the hadronization process by representing the color electric field between a quark-antiquark pair as a massless, relativistic string. In the string shoving extension, the strings will have a Gaussian profile and will repel each other when they interact, acting like classical objects. When two strings interact and are positioned perpendicular to the reaction plane, they will produce a negative elliptic flow, meaning the movement will be along the minor axis of the elliptical interaction region. This thesis explores how the string shoving works in a quantum mechanical treatment. In a simplified quantum model, a collision between two strings is represented as a Gaussian wave packet interacting with a Gaussian potential. The Schrödinger equation is solved in both one and two dimensions to find that the strings move differently than predicted by the Lund string model. The simplified model shows that a large effective potential can suppress mobility of the string away from the interaction region. The radial probability current shows angular broadening, with peak structures appearing in certain parameter regions. However, the numerical robustness of these peaks should be studied further. The elliptic flow, calculated in a toy geometry, shows a decreases magnitude compared to the classical case. The work in this thesis motivates further studies of a quantum mechanical treatment of strings in hadronization.

Popular Abstract (Swedish)

Kvarkar bygger upp partiklar vi kan se i experiment. Enligt kvantkromodynamiken kan kvarkar inte leva ensamma, utan kommer att vara bundna till varandra i en sträng. Denna sträng är en samling av energi som kommer att öka när kvarkarna rör sig ifrån varandra, likt ett gummiband som töjs. Dessa strängar är viktiga , och för att förstå hur kvarkar går ihop till hadroner, behöver de studeras noggrant.
En sträng kommer att röra sig och töjas tills energin blir stor nog att den går sönder och bildar hadroner. Innan strängar går sönder, kommer de att knuffa varandra och interagera med varandra, och idag finns modeller av dessa strängar och hur de påverkar varandra. En välanvänd modell av hadroniseringen är PYTHIA, som är en Monte-Carlo händelsegenerator som simulerar partikelkollisioner. Denna händelsegenerator är baserad på den fenomenologiska Lund strängmodellen, som antar att strängarna är klassiska objekt. Enligt denna modell kommer strängarna alltid att repellera varandra efter att de kolliderat, precis som att biljardbollar skulle krocka med varandra.

En bra uppfattning av hur strängarna beter sig ger en tydligare bild av processen som är att bilda partiklar som vi senare kan observera i experiment, för att jämföra och säkerställa resultat. Strängarna är extremt små objekt, som gör dom kvantobjekt, och det skulle därför vara logiskt att använda en modell som behandlar dem som kvantobjekt. Det är förväntat att en modell som antar att strängarna är kvantobjekt kommer att förutspå ett annorlunda beteende av strängarna.

När strängar kolliderar kommer kollideringsarean att vara en ellips med en storaxel och en lillaxel. Ett negativt elliptiskt flöde innebär att strängarna kommer att röra sig längs lillaxeln, medan ett positivt elliptiskt flöde innebär att de rör sig längs storaxeln. Man brukar tro att stora kollisioner bildar kvark-gluon plasma, som ger upphov till ett positivt elliptiskt flöde. Små kollisoner, som kollisioner mellan strängar, visar dock att de kommer att ha ett negativt elliptiskt flöde och motsäger det kvark-gluon plasma förutsäger. Mitt arbete ifrågasätter ifall strängarna kommer att röra sig i andra riktningar om de hanteras som kvantobjekt. Jag har utvecklat en numerisk modell som löser Schrödinger-ekvationen i både en och två dimensioner, och kan bestämma strängarnas position en viss tid efter de kolliderat. Denna kvantmodell säger att strängarna inte längre kommer att röra sig i endast en riktning efter de kolliderar, utan sannolikheten för att röra sig i flera riktnignar är inte noll. Hur de rör sig beror på saker såsom hur nära strängarna är, hur snabbt de rör sig och hur många strängar som är involverade i kollisionen. Resultaten från denna kvantmodell kommer att ge en jämförelse mellan vad det innebär att hantera strängarna som ett klassiskt objekt eller ett kvantobjekt. I jämförelse med experiment bör detta ge en klarare bild av hadronisering och bidra till möjligheten av bättre modeller och experiment i framtiden.

• author: Preuss Jelvez, Linn
• supervisor: Christian Bierlich
• organization: Department of Physics; Particle and nuclear physics
• course: FYSM34 20261
• year: 2026
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Physics and Astronomy
• keywords: string shoving, Lund string model, quantum string shoving, quantum string, elliptic flow, PYTHIA, hadronization
• language: English
• id: 9235368
• date added to LUP: 2026-06-15 07:09:11
• date last changed: 2026-06-15 07:09:11