Naukowcy przyglądają się bliżej idealnemu płynowi

Naukowcy zgłosili nowe wskazówki dotyczące rozwiązania kosmicznej zagadki: jak plazma kwarkowo-gluonowa – idealna ciecz natury – ewoluowała w materię.

Kilka milionowych części sekundy po Wielkim Wybuchu wczesny Wszechświat przybrał dziwny nowy stan: subatomową zupę zwaną plazmą kwarkowo-gluonową.

Zaledwie 15 lat temu międzynarodowy zespół, w skład którego wchodzą badacze z Relativistic Nuclear Collisions (RNC) w Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Laboratory) odkrył, że ta plazma kwarkowo-gluonowa jest idealnym płynem, w którym kwarki i gluony są budulcem protonów i neutronów, silnie połączonych z punktem Płynie prawie bez tarcia.

Naukowcy postawili hipotezę, że wysokoenergetyczne dżety cząstek przelatują przez plazmę kwarkowo-gluonową – kropelkę wielkości jądra atomowego – z prędkością ponaddźwiękową, to jak szybko lecący dżet, emitujący grom naddźwiękowy zwany Mach. Fala. Aby zbadać właściwości tych cząstek dżetów, w 2014 r. zespół kierowany przez naukowców z Berkeley Lab opracował technikę obrazowania rentgenowskiego atomów zwaną tomografią odrzutową. Wyniki tych przełomowych badań ujawniły, że dżety te rozpraszają się i tracą energię, gdy propagują się w plazmie kwarkowo-gluonowej.

Ale gdzie zaczęła się podróż cząstki dżetu do plazmy kwarkowo-gluonowej? Naukowcy przewidują, że mniejszy sygnał fali Macha, zwany śladem propagacji, powie ci, gdzie szukać. ale kiedy strata energii Łatwa do zauważenia fala Macha i towarzysząca jej rozpiętość pozostały nieuchwytne.

Teraz, w badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie fizyczne wiadomości przeglądoweNaukowcy z Berkeley Lab donoszą o nowych wynikach z modele symulacyjne Pokaż, że inna technologia, którą wynaleźli, zwana tomografią 2D, może pomóc naukowcom zlokalizować widmowy sygnał efektu dyfuzji.

„Jego sygnały są tak małe, to jak szukanie igły w stogu siana z 10 000 cząstek. Po raz pierwszy nasze symulacje pokazują, że można użyć tomografii strumieniowej 2D do uchwycenia najdrobniejszych sygnałów dyfuzji w plazmie kwarkowo-gluonowej” – powiedział. kierownik badań Shen Nian Wang, starszy naukowiec na Wydziale Nauk Jądrowych w Berkeley Lab, który był częścią międzynarodowego zespołu, który wynalazł technologię tomografii strumieniowej 2D.

Aby znaleźć tę naddźwiękową igłę w stogu siana kwarkowo-gluonowego, zespół Berkeley Lab przeprowadził setki tysięcy zderzeń jąder ołowiu symulowanych w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN, a zderzenia jąder złota w Zderzaczu Relatywistycznych Ciężkich Jonów (RHIC). ) W Narodowym Laboratorium Brookhaven. Niektóre symulacje komputerowe obecnego badania zostały przeprowadzone w ośrodku użytkownika superkomputerów NERSC w Berkeley Lab.

Ich unikalna technika, jak mówi Wang, „pomoże ci pozbyć się całego siana z twojej kolekcji – pomoże ci skupić się na robótkach ręcznych”. Naddźwiękowy sygnał cząstki dżetu ma unikalny, stożkowy kształt, a propagacja spowalnia za nim, jak fale wody w ślad za szybko poruszającą się łodzią. Naukowcy szukali dowodów na istnienie tego naddźwiękowego „wikilitu”, ponieważ mówi on, że istnieje zubożenie cząstek. Gdy aktywność dyfuzji spadnie do plazmy kwarkowo-gluonowej, można odróżnić jej sygnał od innych cząstek w tle.

Ich praca pomoże również eksperymentatorom z LHC i RHIC zrozumieć, jakich sygnałów należy szukać w ich dążeniu do zrozumienia, jak Plazma kwarkowo-gluonowa—Natura jest doskonała płyn— przekształcił się w substancję. „Co zrobiliśmy? Jak wyglądał noworodek wszechświata w kilka mikrosekund po Wielkim Wybuchu? Ta praca wciąż trwa, ale nasze od dawna spóźnione symulacje śledzenia propagacji przybliżają nas do odpowiedzi na te pytania” – powiedział.