Kurzfassung
Eines der fundamentalen Probleme subatomarer Physik ist die Bestimmung der Eigenschaften von Materie bei extremen Temperaturen, Dichten und elektromagnetischen Feldern. Moderne Experimente mit ultrarelativistischen Schwerionen sind in der Lage Zustände, wie das Quark-Gluon-Plasma, unter diesen Verhältnissen zu untersuchen und zeigen, dass sich die Physik unter solch extremen Bedingungen drastisch vom Verhalten unter gewöhnlichen Bedingungen unterscheidet. Weiterhin sind theoretische Modelle, die auf örungstheorie basieren, unter solchen Umständen nicht anwendbar und müssen durch nichtperturbative Methoden ersetzt werden. In dieser Arbeit untersuchen wir daher die Physik des stark gekoppelten Quark-Gluon-Plasmas in externen magnetischen Feldern sowie elektromagnetische und topologische Eigenschaften von QCD und QCD-ähnlichen Systemen. Hierzu entwickeln und verwenden wir verschiedene nichtperturbative Methoden, die unter anderem auf der Gauge-Gravity-Korrespondenz, Gitter-QCD Simulationen, relativistischer Hydrodynamik und Festkörper-inspirierten Modellen basieren. Diese Arbeit basiert auf unseren Veröffentlichungen [1–15] und enthält Korrekturen sowie zusätzliche Kommentare.
One of the fundamental problems in subatomic physics is the determination of properties of matter at extreme temperatures, densities and electromagnetic fields. The modern ultrarelativistic heavyion experiments are able to study such states (the quark-gluon plasma) and indicate that the physics at extreme conditions differs drastically from what is known from the conventional observations. Also the theoretical methods developed mostly within the perturbative framework face various conceptual problems and need to be replaced by a nonperturbative approach. In this thesis we study the physics of the strongly-coupled quark-gluon plasma in external magnetic fields as well as general electromagnetic and topological properties of the QCD and QCD-like systems. We develop and apply various nonperturbative techniques, based on e.g. gauge-gravity correspondence, lattice QCD simulations, relativistic hydrodynamics and condensed-matter-inspired models. The thesis is mainly based on our papers [1–15], with corrections and additional comments.