Высокоточный анализ столкновений ионов золота выявил турбулентные колебания числа образующихся протонов.
Вид с ядерного детектора STAR
Брукхейвенская национальная лаборатория
Физики из коллаборации STAR представили самые веские на сегодняшний день доказательства существования долгожданной особенности в ядерной физике, известной как «критическая точка».
Группа проанализировала данные о столкновениях ионов золота при разных энергиях и обнаружила половину ожидаемого сигнала. Эти результаты могут стать ключевым шагом в картировании трансформации ядерной материи в экстремальных условиях.
Критическая точка представляет собой уникальное положение на фазовой диаграмме ядра. Она разделяет различные способы перехода кварков и глюонов, строительных блоков протонов и нейтронов, из одной фазы в другую.
Исследователи сравнивают это с картированием фаз воды: твердого, жидкого и газообразного.
При самых высоких энергиях столкновения ионов золота приводят к плавлению протонов и нейтронов в кварк-глюонную плазму — жидкость, которая когда-то заполняла раннюю Вселенную.
Выявление точных условий этого превращения стало главной целью релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC).
«Обнаружение критической точки станет важной вехой на фазовой диаграмме ядра», — сказал Сяофэн Ло, сотрудник проекта STAR из Центрально-китайского педагогического университета. «Это станет фундаментальной вехой в нашем понимании того, как ведёт себя материя в экстремальных условиях — от зарождения Вселенной до ядер нейтронных звёзд».
Колебания, подобные турбулентности
Чтобы найти критическую точку, учёные изучали флуктуации числа протонов, образующихся при столкновениях. Эти флуктуации действуют подобно турбулентности в небе, сигнализируя о границе между фазами материи.
Однако эти сдвиги незначительны, поэтому исследователи обратились к статистическим инструментам более высокого порядка, которые выявляют изменения в форме распределения протонов.
«Чем выше порядок, тем тоньше свойства формы распределения и тем выше необходимая точность, чтобы увидеть эти свойства», — сказал Михаил Стефанов, ядерный теоретик из Иллинойсского университета в Чикаго.
Прогнозы Стефанова показывают, что ключевой показатель, называемый эксцессом, должен упасть, подняться выше своего базового значения, а затем снова упасть. «Эти изменения направления означают, что существует некая определённая энергия, при которой происходит то, чего не происходит в других точках», — сказал он. «Это как если бы самолёт — будь то набирающий высоту, снижающийся или летящий на крейсерской скорости — попадал в зону турбулентности».
Частичный, но значимый сигнал
Новые данные STAR демонстрируют именно такой провал около 20 миллиардов электрон-вольт. При более низких энергиях эксцесс снова растёт, прежде чем вернуться в базовый диапазон при 7,7 ГэВ.
«Мы видим чёткий и заметный минимум в данных по эксцессу», — заявил Ашиш Пандав из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли. Он отметил, что значимость отклонения варьируется от двух до пяти сигм в зависимости от используемой базовой линии.
Анализ показывает, что одна часть предсказанной сигнатуры проявилась, но другая половина остается неподтвержденной.
Ниже 7,7 ГэВ существующие данные по столкновениям с неподвижными мишенями с энергией 3 ГэВ не показывают чёткой тенденции. «Между 7,7 и 3 ГэВ всё ещё существует большой разрыв», — сказал Стефанов. STAR уже располагает большим количеством данных для низких энергий и планирует вскоре сократить этот разрыв.
Эти результаты являются результатом более чем 15 лет глобальных усилий по построению ядерной фазовой диаграммы.
Работа опиралась на значительные усовершенствования детекторов, инновационные ускорители и вычислительную мощность центра NERSC лаборатории Беркли и центров обработки данных Брукхейвена.
«Пока что сигнатуры соответствуют ожидаемым для критической точки, по крайней мере, та их часть, которую мы можем видеть», — сказал Стефанов. «Но нам всё ещё необходимо гораздо лучше понять, как критическая точка создаёт такие сигнатуры».
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Sourse: interestingengineering.com
