Przez
Badania plazmy kwarkowo-gluonowej powstałej w wyniku zderzeń ciężkich jąder wskazują, że lepkość wzrasta wraz z gęstością netto barionu, co pogłębia naszą wiedzę na temat faz materii jądrowej dzięki zaawansowanym symulacjom. Źródło: SciTechDaily.com
Zaawansowane symulacje zderzeń ciężkich jąder atomowych wykazały, że lepkość kwarku-gluonu osocze wzrasta wraz z gęstością netto barionu.
Badania te, istotne dla zrozumienia przejść fazowych materii jądrowej, wykorzystują dane z różnych zderzeń energetycznych w celu udoskonalenia modeli teoretycznych.
Płynna zupa z podstawowych elementów budulcowych materii widzialnej, kwarków i gluonów. powstaje w wyniku zderzenia ciężkich jąder atomowych. Zupa ta ma bardzo niską lepkość – co jest miarą jej „lepkości” lub oporu przepływu. Teoretycy przeprowadzili pierwsze systematyczne badanie tego, czy i jak ta lepkość zmienia się w szerokim zakresie energii zderzeń. W pracy uwzględniono zmiany zachodzące w wyniku wzajemnego przechodzenia zderzających się jąder. Obliczenia przewidują, że lepkość płynu wzrasta wraz z gęstością barionową netto – względną liczebnością barionów (cząstek zbudowanych z trzech kwarków, takich jak neutrony i protony tworzące zderzające się jądra) w stosunku do antybarionów (które powstają w wyniku zderzenia).
Wnioski dotyczące lepkości na podstawie danych o kolizjach
W wyniku tej analizy określono najlepsze parametry umożliwiające dopasowanie nowych symulacji do danych eksperymentalnych ze zderzeń jąder złota przy różnych energiach. Przewidywano zwiększoną lepkość wraz ze wzrostem gęstości netto barionów. Zgadza się to z niektórymi, ale nie wszystkimi przewidywaniami teoretycznymi. W przyszłości naukowcy wykorzystają te same ramy teoretyczne do uwzględnienia dodatkowych danych z zakresu energii zderzeń. Te rozszerzone symulacje nie tylko dostarczą informacji o lepkościach. Udostępnią także dane na temat całego diagramu fazowego materii jądrowej, który przedstawia, w jaki sposób materia jądrowa zmienia się ze stanu stałego, ciekłego, gazowego lub plazmowego w funkcji temperatury i gęstości barionowej.
Fizycy modelowali zderzenia złota ze złotem przy różnych energiach, aby zbadać właściwości płynów w szerokim zakresie temperatur i gęstości barionowych. Linia przerywana przedstawia obszar, w którym oczekuje się, że zwykła materia jądrowa przejdzie w wolne kwarki i gluony. Źródło: Chun Shen, Wayne State University
Zaawansowane techniki symulacyjne
Praca ta łączy najnowocześniejsze symulacje dynamiki cieczy lepkiej we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych z nowo opracowanymi modelami dynamicznymi początkowej fazy zderzeń w celu opisania zderzeń ciężkich jonów w Relatywistycznym Zderzaczu Ciężkich Jonów
(RHIC), obiekt użytkownika Departamentu Energii, w szerokim zakresie energii zderzeń. Uwzględnienie ewolucji stanu początkowego pozwala na ciągłe wytwarzanie płynnej materii jądrowej, gdy zderzające się jądra przechodzą przez siebie. Jest to szczególnie ważne przy niższych energiach wiązek, gdzie założenie o natychmiastowej kolizji nie jest uzasadnione.
Analiza zdarzeń po zdarzeniu w zderzeniach jądrowych
W tych badaniach zespół teoretyków z Brookhaven National Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley i Wayne State University wykorzystał ten wszechstronny model do wykonania obliczeń zdarzenie po zdarzeniu, które uwzględniają wahania początkowej geometrii zderzającego się jądra i powstały kształt wytworzonej kuli ognia. Naukowcy zróżnicowali i ograniczyli parametry modelu, które obejmują lepkość wytworzonej materii oraz właściwości stanu początkowego, aby przeprowadzić analizę statystyczną w oparciu o dane eksperymentalne zebrane podczas skanowania energii wiązki (BES) w RHIC. Ta oparta na danych analiza zależności lepkości od gęstości barionowej netto została oparta na 5 milionach symulowanych numerycznie zdarzeń zderzeń. Naukowcy mogą teraz porównać tę analizę z czysto teoretycznymi obliczeniami. Te same ramy można zastosować do pomiarów z fazy II BES w RHIC oraz w przyszłym Ośrodku Badań nad Antyprotonami i Jonami (FAIR) w Europie.
Odniesienie: „Lepkość bogatej w barion plazmy kwarkowo-gluonowej na podstawie danych ze skanowania energii wiązki” autorstwa Chun Shena, Björna Schenke i Wenbina Zhao, 16 lutego 2024 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.072301
Badania te zostały sfinansowane przez Biuro Naukowe Departamentu Energii, Biuro Fizyki Jądrowej i Narodową Fundację Nauki. W badaniach wykorzystano zasoby obliczeniowe Open Science Grid, wspieranego przez National Science Foundation.
