Новые открытия о потоках частиц при столкновениях тяжелых ионов

Ученые провели всесторонний анализ данных о столкновениях тяжелых ионов (ядер атомов), чтобы определить, какие факторы больше всего влияют на флуктуации потока частиц. Они обнаружили, что условия, созданные после столкновения ионов, имели наибольший эффект. Эти условия связаны с размером ядер и степенью нецентральных столкновений. Последующие этапы, в том числе эволюция вещества в результате столкновений и превращение его в другие частицы, не оказали никакого влияния. Результаты помогут ученым сосредоточиться на ключевых свойствах этой уникальной формы ядерной материи.

Вещество, образующееся в результате этих столкновений, называется кварк-глюонной плазмой (КГП). Это смесь кварков и глюонов с температурой в триллион градусов, которая воспроизводит то, какой была Вселенная через микросекунды после Большого взрыва. Понимание их свойств было главной целью ядерной физики. Определение того, что начальные условия в первую очередь ответственны за флуктуации потока частиц от КГП, поможет физикам провести более точные расчеты свойств плазмы, в том числе ее вязкости. Это, в свою очередь, поможет им понять, как столкновение превращает ядра из набора протонов и нейтронов в плазму кварков и глюонов.

Физики-ядерщики изучают кварк-глюонную (КГП) плазму путем столкновения атомных ядер на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC). Столкновения сливают протоны и нейтроны, высвобождая составляющие их кварки и глюоны. Столкновения вне центра предпочтительно выталкивают больше частиц наружу вдоль плоскости взаимодействия сталкивающихся ядер, а не перпендикулярно им. Но поток не такой гладкий, как можно было бы предположить на этом упрощенном изображении. Есть много взлетов и падений. Исследование, проведенное коллаборацией STAR, было направлено на определение источника этих колебаний. Ученые оценили влияние эффектов начального состояния, изучив столкновения ядер разного размера (золото-золото, уран-уран и медь-золото) и то, как столкновения были лобовыми, а не случайными. Они также изучили влияние энергии столкновения, чтобы выяснить, влияет ли эволюция КГП с течением времени на характер течения. Кроме того, они проанализировали, различаются ли флуктуации среди типов частиц, которые появляются, когда кварки и глюоны объединяются, чтобы стать составными частицами, называемыми адронами.

Исследователи обнаружили, что степень лобовых столкновений и размер сталкивающихся ядер оказывали наибольшее влияние на флуктуации потока. Эти результаты помогут ограничить ключевые переменные, необходимые для расчетов с высоким разрешением свойств КГП, таких как вязкость, и понять фазовые изменения в ядерном материале.

Дополнительная информация:
М.С. Абдаллах и др., Режим столкновения и зависимость анизотропных флуктуаций от энергии луча, Физические обзорные письма (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.252301

Предоставлено Министерством энергетики США.

Ученые провели всесторонний анализ данных о столкновениях тяжелых ионов (ядер атомов), чтобы определить, какие факторы больше всего влияют на флуктуации потока частиц. Они обнаружили, что условия, созданные после столкновения ионов, имели наибольший эффект. Эти условия связаны с размером ядер и степенью нецентральных столкновений. Последующие этапы, в том числе эволюция вещества в результате столкновений и превращение его в другие частицы, не оказали никакого влияния. Результаты помогут ученым сосредоточиться на ключевых свойствах этой уникальной формы ядерной материи.

Вещество, образующееся в результате этих столкновений, называется кварк-глюонной плазмой (КГП). Это смесь кварков и глюонов с температурой в триллион градусов, которая воспроизводит то, какой была Вселенная через микросекунды после Большого взрыва. Понимание их свойств было главной целью ядерной физики. Определение того, что начальные условия в первую очередь ответственны за флуктуации потока частиц от КГП, поможет физикам провести более точные расчеты свойств плазмы, в том числе ее вязкости. Это, в свою очередь, поможет им понять, как столкновение превращает ядра из набора протонов и нейтронов в плазму кварков и глюонов.

Физики-ядерщики изучают кварк-глюонную (КГП) плазму путем столкновения атомных ядер на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC). Столкновения сливают протоны и нейтроны, высвобождая составляющие их кварки и глюоны. Столкновения вне центра предпочтительно выталкивают больше частиц наружу вдоль плоскости взаимодействия сталкивающихся ядер, а не перпендикулярно им. Но поток не такой гладкий, как можно было бы предположить на этом упрощенном изображении. Есть много взлетов и падений. Исследование, проведенное коллаборацией STAR, было направлено на определение источника этих колебаний. Ученые оценили влияние эффектов начального состояния, изучив столкновения ядер разного размера (золото-золото, уран-уран и медь-золото) и то, как столкновения были лобовыми, а не случайными. Они также изучили влияние энергии столкновения, чтобы выяснить, влияет ли эволюция КГП с течением времени на характер течения. Кроме того, они проанализировали, различаются ли флуктуации среди типов частиц, которые появляются, когда кварки и глюоны объединяются, чтобы стать составными частицами, называемыми адронами.

Исследователи обнаружили, что степень лобовых столкновений и размер сталкивающихся ядер оказывали наибольшее влияние на флуктуации потока. Эти результаты помогут ограничить ключевые переменные, необходимые для расчетов с высоким разрешением свойств КГП, таких как вязкость, и понять фазовые изменения в ядерном материале.

Дополнительная информация:
М.С. Абдаллах и др., Режим столкновения и зависимость анизотропных флуктуаций от энергии луча, Физические обзорные письма (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.252301

Предоставлено Министерством энергетики США.