Far-from-equilibrium attractors and universality in ultra-relativistic heavy-ion collisions within relativistic kinetic theory [Attrattori e universalità in collisioni ultrarelativistiche tra ioni pesanti nel contesto della teoria cinetica del trasporto]

This PhD Thesis is devoted to the study of the emergence of attractors, universality and collectivity in ultra-relativistic collisions by means of relativistic kinetic theory. After an introduction about Quantum Chromodynamics (QCD), Quark-Gluon Plasma (QGP) and the importance of heavy-ion collisions to investigate both, we give an overview about the two main models able to describe the hot QCD matter collective behaviour, namely kinetic theory and hydrodynamics. Afterwards, the Relativistic Boltzmann Transport (RBT) model, which has been employed to obtain most part of the results of this thesis, is carefully described, from the numerical and physical perspectives. The study of attractors and universality proceeds then by starting from a simple one-dimensional massless model, moving to increasingly more complex scenarios, involving the full 3+1D setup, non-conformal systems and realistic event-by-event fluctuations. Particular attention is paid to the physical scales which govern the system collectivity and their interplay. We show that a very good description of collective behaviour can be carried out by means of a few variables which characterise the systems under study.

Questa tesi di dottorato è dedicata allo studio di attrattori dinamici, universalità e moti collettivi nelle collisioni ultra-relativistiche mediante la teoria cinetica relativistica. Dopo un’introduzione sulla Cromodinamica Quantistica (QCD), sul Quark-Gluon Plasma (QGP) e sull’importanza delle collisioni di ioni pesanti, viene fornita una panoramica dei due principali modelli in grado di descrivere il comportamento collettivo della materia prodotte in queste collisioni, ossia la teoria cinetica e la fluidodinamica. Successivamente, il Relativistic Boltzmann Transport model (RBT), impiegato per ottenere gran parte dei risultati di questa tesi, viene descritto in dettaglio sia dal punto di vista numerico che fisico. Lo studio degli attrattori e dell’universalità procede partendo da un semplice modello 0+1D di particelle con massa nulla, per poi passare a scenari sempre più complessi, che coinvolgono il setup completo 3+1D, sistemi non conformi e fluttuazioni realistiche evento per evento. Particolare attenzione è rivolta alle scale fisiche che governano la collettività del sistema e alla loro interazione. Una descrizione molto accurata del comportamento collettivo può essere realizzata mediante poche variabili che caratterizzano i sistemi in esame.