Вязкость богатой барионами кварк-глюонной плазмы по данным сканирования энергии пучка
Столкновение тяжелых атомных ядер создает жидкий суп из фундаментальных строительных блоков видимой материи — кварков и глюонов. Этот суп имеет очень низкую вязкость. Теоретики провели первое систематическое исследование того, меняется ли и как эта вязкость в широком диапазоне энергий столкновения. В работе учитываются изменения, происходящие при прохождении сталкивающихся ядер друг через друга. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. Расчеты предсказывают, что вязкость жидкости увеличивается с увеличением чистой барионной плотности — относительного содержания барионов (частиц, состоящих из трех кварков, таких как нейтроны и протоны, составляющие сталкивающиеся ядра) по сравнению с антибарионами (которые рождаются при столкновении).
Физики смоделировали столкновения золота с золотом при разных энергиях, чтобы исследовать свойства жидкости в диапазоне температур и барионных плотностей. Пунктирная линия представляет область, где ожидается переход обычной ядерной материи в свободные кварки и глюоны.
Фото: Чун Шен, Государственный университет Уэйна.
Этот анализ определил наилучшие параметры для подгонки новых моделей к экспериментальным данным столкновений ядер золота при разных энергиях. Он предсказал увеличение вязкости с увеличением чистой барионной плотности. Это согласуется с некоторыми, но не со всеми теоретическими предсказаниями. В будущем ученые будут использовать эту же теоретическую основу для включения дополнительных данных из диапазона энергий столкновений.
Эти расширенные модели не только предоставят информацию о вязкости. Они также предоставят данные обо всей фазовой диаграмме ядерной материи, которая показывает, как ядерная материя изменяется от твердого тела, жидкости, газа или плазмы в зависимости от температуры и плотности барионов.
Эта работа сочетает в себе современное моделирование динамики вязкой жидкости во всех трех пространственных измерениях с недавно разработанными динамическими моделями начальной стадии столкновений для описания столкновений тяжелых ионов на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC).
Учет эволюции начального состояния позволяет непрерывно генерировать жидкую ядерную материю по мере того, как сталкивающиеся ядра проходят друг через друга. Это особенно важно при более низких энергиях пучка, когда предположение о мгновенном столкновении недействительно.
В этом исследовании группа теоретиков из Брукхейвенской национальной лаборатории, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Калифорнийского университета в Беркли и Университета штата Уэйн использовала эту универсальную модель для выполнения расчетов, которые учитывают колебания начальной геометрии сталкивающегося объекта (ядра) и результирующую форму образовавшегося огненного шара.
Исследователи варьировали и ограничивали параметры модели, которые включают вязкость полученного вещества, а также свойства исходного состояния, чтобы выполнить статистический анализ с использованием экспериментальных данных, собранных в ходе сканирования энергии луча (BES) RHIC.
Этот основанный на данных анализ того, как вязкость зависит от чистой барионной плотности, был основан на 5 миллионах численно смоделированных событий столкновений. Теперь исследователи могут сравнить этот анализ с чисто теоретическими расчетами. Та же основа может быть применена к измерениям фазы II BES в RHIC и в будущем Центре исследований антипротонов и ионов (FAIR) в Европе.
