Risanka kvark-gluonske plazme (majhni rdeči, zeleni in modri krogi), ki nastane v relativističnem trku težkih ionov med dvema masivnima jedroma (beli krogi). Trk proizvede težkega kvarka (rdeč “Q”) in par težkih kvark-antikvark (zelen “QO”). kredit: Slika avtorja Bruno Scheming-Hitchfeld in Xiaojun Yao

Znanstveniki so naredili pomemben korak naprej pri proučevanju lastnosti kvarkov in gluonov, delcev, ki sestavljajo atomska jedra, z rešitvijo dolgoletnega problema s teoretično metodo izračuna, imenovano “aksialni merilnik”. MIT in Univerza v Washingtonu Raziskovalci ugotavljajo, da je metoda pomotoma predlagala dve lastnosti kvark-gluonov plazma bili podobni. Napovedali so tudi meritev porazdelitve gluonov, ki naj bi jo testirali v prihodnjih poskusih z elektronsko-ionskim trkalnikom.

Znanost

K gradniki atomsko jedro so proton in nevtroniki so sami sestavljeni iz še bolj osnovnih delcev: kvarkov in gluonov, Ti delci medsebojno delujejo prek “močne” sile, ki je ena od štirih temeljnih sil narave. tvorijo jedro v srcu vsakega Atom, Tvorijo tudi vročo ali gosto jedrsko snov, ki kaže eksotične lastnosti. Znanstveniki preučujejo lastnosti vroče in hladne jedrske snovi v relativističnih poskusih trkov težkih ionov in bodo to počeli še naprej z uporabo prihodnjih trkalnikov elektronov in ionov. Končni cilj je razumeti, kako nastanejo kompleksne oblike snovi elementarni delci Pod vplivom močnih sil.

Učinek

Teoretični izračuni, ki vključujejo močno silo, so zapleteni. En vidik te zapletenosti se pojavi, ker obstaja veliko načinov za izvedbo teh izračunov. Znanstveniki nekatere od teh imenujejo “možnosti merjenja”. Vse izbire merilnikov morajo dati enak rezultat za izračun katere koli količine, ki jo je mogoče izmeriti v poskusu. Vendar pa je ena posebna izbira, imenovana “aksialni profil”, več let begala znanstvenike zaradi težav pri pridobivanju doslednih rezultatov, ko je ta izbira sprejeta. Ta nedavna študija rešuje to uganko in utira pot zanesljivim izračunom lastnosti vročih in hladnih jedrskih materialov, ki jih je mogoče preizkusiti v sedanjih in prihodnjih poskusih.

Povzetek

Eksotična oblika jedrske snovi, ki jo fiziki preučujejo v relativističnih trkih težkih ionov, se imenuje kvark-gluonska plazma (QGP). Ta oblika materije je bila prisotna v zgodnjem vesolju. Fiziki reproducirajo izjemno visoko temperaturo na mikrosekunde po tem, ko je bila zadnja opažena, da bi raziskali njene lastnosti v poskusih trkov težkih ionov. veliki pok, Z analizo eksperimentalnih podatkov iz trkov in njihovo primerjavo s teoretičnimi izračuni lahko fiziki raziskujejo različne lastnosti QGP. Pred uporabo metode izračuna, imenovane “aksialni merilnik”, se je zdelo, da dve lastnosti QGP pojasnjujeta, kako se težki kvarki premikajo skozi QGP.

Raziskovalci na Tehnološkem inštitutu v Massachusettsu in Univerzi v Washingtonu so zdaj ugotovili, da ta implikacija ni pravilna. Študija je tudi skrbno analizirala mikroskopske pogoje, ko je mogoče uporabiti aksialne merilnike, in pojasnila, zakaj sta lastnosti različni. Končno se je izkazalo, da bi morali dve različni metodi za merjenje, kako so gluoni porazdeljeni v jedru, dati različne rezultate. Gluoni so delci, ki nosijo močno silo, ta napoved bo preizkušena v prihodnjih trkalnikih elektronov in ionov.

Sklic: »Gauge Invariance of Non-Abelian Field Strength Correlators: The Axial Gauge Enigma« avtorja Bruno Scheming-Hitchsfeld in Xiaojun Yao 2. februarja 2023. fizični pregledni papir,
DOI: 10.1103/fitzrevelet.130.052302

To delo podpirata Urad za znanost za energijo, Urad za jedrsko fiziko in Urad za znanost, Urad za jedrsko fiziko, Inkubator za kvantno simulacijo (IQuS).