Кварк-глюонная плазма: физики впервые измерили ускорение материи, рожденной в столкновениях

Кварк-глюонная плазма ведет себя как почти идеальная жидкость и позволяет ученым изучать условия, похожие на те, что существовали сразу после Большого взрыва. До настоящего времени физики изучали в основном интенсивное вихревое движение этой экзотической субстанции и мощные электромагнитные поля в ней. А вот ускорению — тому, как именно плазма разгоняется и расширяется, — уделялось гораздо меньше внимания, хотя в гидродинамике ускорение так же фундаментально, как вихрь, а в электродинамике — электрическое поле рядом с магнитным.

Команда физиков из Университета Фудань под руководством Ю-Ган Ма и Сю-Гуан Хуана решила картировать, как формируется и изменяется ускорение внутри кварк-глюонной плазмы. Ученые объединили две широко используемые модели переноса частиц — AMPT и UrQMD — с методом гауссова сглаживания, что позволило рассматривать плазму как эволюционирующую жидкость. Используя этот подход, они отследили ускорение в диапазоне энергий столкновений от 3,5 ГэВ до 2,76 ТэВ.

«Ускорение — это не просто кинематическая деталь, оно может действовать как термодинамический параметр контроля материи в рамках квантовой хромодинамики (КХД)», — объясняет профессор Хуан. Симуляции показали, что пиковое собственное ускорение может достигать нескольких сотен МэВ как при низких, так и при высоких энергиях столкновений. Наиболее сильное поперечное ускорение направлено наружу и возникает вблизи внешней границы огненного шара, где давление резко падает, а плотность энтальпии остается низкой.

Плазма ведет себя по-разному в зависимости от энергии столкновения. При более низких энергиях ядерное торможение изначально замедляет материю, создавая замедление до примерно 500 МэВ. При ультрарелятивистских энергиях ядра проходят друг через друга настолько быстро, что втягивают вновь созданную плазму в короткие интенсивные импульсы ускорения.

Ускорение может влиять не только на движение плазмы. Благодаря эффекту Унру ускоренный наблюдатель воспринимал бы пустое пространство как тепловую среду. Ускорение в несколько сотен МэВ могло бы соответствовать температурам, близким к температуре фазового перехода КХД. Это означает, что ускорение может добавить новую «ось ускорения» к фазовой структуре КХД-материи и повлиять как на хиральный переход, так и на переход, связанный с конфайнментом кварков.

«Подобно тому как температура и плотность определяют фазовую диаграмму материи, ускорение может открыть новую ось этой диаграммы, — объясняет профессор Хуан. — Картируя это скрытое измерение кварк-глюонной плазмы, мы надеемся превратить неинерциальные квантовые эффекты в сигналы, которые эксперименты действительно смогут измерить».

Ранее ученые решили использовать плазму для борьбы с «вечными химикатами».