Naukowcy badają punkt krytyczny na diagramie fazowym chromodynamiki kwantowej, korzystając z akceleratorów cząstek i nowych symulacji.
Ich celem jest bezpośrednia obserwacja przejścia między kwarkowo-gluonowym osocze i fazy hadronowe, wzmocnione postępami teoretycznymi i eksperymentalnymi w programie Beam Energy Scan.
Przejście fazowe w chromodynamice kwantowej
Naukowcy prowadzą eksperymenty w poszukiwaniu dowodów na istnienie możliwego punktu krytycznego na diagramie fazowym chromodynamiki kwantowej (QCD). Chromodynamika kwantowa opisuje, jak silne oddziaływanie wiąże kwarki i antykwarki, tworząc protony, neutrony i inne cząstki zwane hadronami. Punkt krytyczny jest podobny do punktu końcowego przejścia ze stanu ciekłego do gazowego w zwykłej wodzie.
Kluczowe wskaźniki tego punktu krytycznego, które mogą zaobserwować naukowcy, są powiązane ze zmianami w liczbie cząstek wytwarzanych w zderzeniach akceleratorów cząstek. Modelowanie tych obserwacji wymaga rozszerzenia standardowych ram zachowania cieczy i gazów. Naukowcy opracowali teraz algorytm wykonywania symulacji płynu krytycznego i przetestowali te symulacje.
Pionierskie obserwacje w fizyce cząstek
Obserwacja krytycznych fluktuacji w zderzeniu ciężkich jonów byłaby pierwszą bezpośrednią obserwacją zmiany fazowej pomiędzy plazmą kwarkowo-gluonową a fazą hadronową. Jest to punkt, w którym kwarki i gluony są zamknięte w hadronach. Interpretacja wyników powiązanych eksperymentów wymaga nowych narzędzi teoretycznych.
W szczególności interpretacja wymaga ram dynamiki płynów, które uwzględniają fluktuacje – sposób, w jaki ciśnienie, prędkość i inne czynniki mogą zmieniać się w cieczach i gazach. Niniejsza praca stanowi ważny wkład w te wysiłki. W przyszłości badacze mają nadzieję wykorzystać te metody do połączenia danych z teoretycznymi koncepcjami dotyczącymi natury temperatury i ciśnienia w materii kwarkowo-gluonowej.
Postępy w programie skanowania energii wiązki
Program skanowania energii wiązki (BES) w Relatywistyczny zderzacz ciężkich jonówplacówka użytkownika Departamentu Energii w Brookhaven National Laboratory, bada zależność energetyczną fluktuacji obserwowalnych w zderzeniach ciężkich jonów. Celem tego wysiłku jest zlokalizowanie możliwego punktu krytycznego związanego z przejściem fazowym do plazmy kwarkowo-gluonowej. Interpretacja wyników programu BES wymaga struktury dynamiki płynów, która uwzględnia wahania zmiennych dynamicznych płynu, gęstości barionowej, gęstości entropii i prędkości płynu.
Opracowywanie struktur dynamiki płynów dla zderzeń cząstek
W ramach tych badań naukowcy skonstruowali taki szkielet i przetestowali go w symulacji statycznego płynu w pobliżu punktu krytycznego. Przyszłe prace połączą wyniki z ekspansją kuli ognia powstałej w wyniku zderzenia ciężkich jonów. Umożliwi to badaczom zlokalizowanie punktu krytycznego lub nałożenie ograniczeń na jego lokalizację.
Odniesienie: „Symulacja stochastycznej dynamiki płynów w pobliżu punktu krytycznego na diagramie fazowym” Chandrodoy Chattopadhyay, Josh Ott, Thomas Schäfer i Vladimir V. Skokov, 16 lipca 2024 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.032301
Prace te były wspierane przez Biuro Naukowe Departamentu Energii w ramach programu Fizyki Jądrowej.
