Heavy quarks in the initial stages of proton-ion collisions [I quark pesanti negli stati iniziali delle collisioni protone-ione]

Collisions among heavy ions, like Pb or Au, are a great tool to study the theory of strong interactions, that is Quantum Chromodynamics (QCD). In particular, these experiments are able to give insights on all the complex phases of matter that the theory of QCD allows. In this PhD Thesis we have investigated the initial stages of proton-ion collisions: in particular, we will focus on the first ~0.4 fm/c (about 10^(-24) s) after the collision, which are dominated by very intense gluon fields, in a state called glasma. We investigated the effect of such fields on the dynamics of heavy quarks (charm and beauty) which are created and evolve in this medium. The effect of the initial gluon fields on heavy quarks is quite substantial, in particular we observe that the glasma provokes a 50\% dissociation rate on quark-antiquark pairs. Moreover, glasma fields have a large momentum anisotropy, and transmit a large part of such anisotropy to the heavy quarks which evolve in this medium. Finally, we have generalized our study to a non-boost invariant medium, and shown that fluctuations in rapidity do not lead to significant isotropization within glasma timescales.

Le collisioni tra ioni pesanti, come Pb o Au, costituiscono uno strumento fondamentale per lo studio della teoria delle interazioni forti, ovvero la Cromodinamica Quantistica (QCD). In particolare, tali esperimenti permettono di ottenere informazioni su tutte le complesse fasi della materia previste dalla teoria della QCD. In questa tesi di dottorato abbiamo investigato gli stadi iniziali delle collisioni protone-ione: in particolare, ci concentreremo sui primi ~0,4 fm/c (circa 10^(-24) s) successivi alla collisione, durante i quali il sistema è dominato da campi gluonici molto intensi, in uno stato noto come glasma. Abbiamo studiato l’effetto di tali campi sulla dinamica dei quark pesanti (charm e beauty), che vengono prodotti e si evolvono in questo mezzo. L’influenza dei campi iniziali del glasma sui quark pesanti è risultata piuttosto rilevante: in particolare, osserviamo che il glasma provoca un tasso di dissociazione del 50% nelle coppie quark-antiquark. Inoltre, i campi del glasma presentano una forte anisotropia in impulso e trasmettono una parte consistente di tale anisotropia ai quark pesanti che vi si evolvono. Infine, abbiamo esteso il nostro studio a un mezzo non boost-invariante e mostrato che le fluttuazioni in rapidità non portano a una significativa isotropizzazione entro le scale temporali tipiche del glasma.