Ученые обнаружили экстремальное ускорение внутри ядерного огненного шара
Моделирование выявило одни из самых сильных ускорений, когда-либо наблюдавшихся на Земле, открывая новые возможности для исследований в области квантовой хромодинамики (КХД). Когда атомные ядра сталкиваются со скоростью, близкой к скорости света, их внутреннее вещество на короткое время превращается в кварк-глюонную плазму — чрезвычайно горячую жидкость, в которой кварки и глюоны движутся свободно.
Ученые внимательно изучали интенсивное вращение плазмы и электромагнитные поля, но ускорению, вызывающему ее быстрое расширение, уделялось гораздо меньше внимания. Однако в гидродинамике ускорение так же фундаментально, как и вихревое движение, подобно тому как электрические и магнитные поля объединены в электромагнетизме.
Физики Ю-Ган Ма и Сюй-Гуан Хуан из Фуданьского университета провели исследование, в котором объединили две известные модели переноса частиц, AMPT и UrQMD, с гауссовым размытием. Этот математический метод преобразует местоположения отдельных частиц в непрерывные карты энергии, импульса и скорости жидкости. Используя эти карты, исследователи проследили, как формировалось и изменялось ускорение в диапазоне энергий столкновений от 3,5 ГэВ до 2,76 ТэВ.
«Ускорение — это не просто кинематическая деталь, оно может выступать в качестве термодинамического параметра управления КХД-материей», — объясняет профессор Хуанг. Моделирование показало, что собственное ускорение, то есть ускорение, измеряемое вдоль движущейся жидкости, может достигать нескольких сотен МэВ как в нижнем, так и в верхнем диапазоне энергий. Ускорение поперек огненного шара постоянно было направлено наружу и достигало пика вблизи его границы. На этой границе давление быстро падает, в то время как плотность энтальпии, мера, связанная с полной энергией жидкости, остается низкой. Согласно релятивистскому уравнению Эйлера, эти два условия одновременно усиливают ускорение.
Два ядра, сжатые по закону Лоренца (левое и правое), сталкиваются и воспламеняют огненный шар, который стремительно расширяется наружу. Картинка: Сюй-Гуан Хуан
Полученные результаты могут иметь значение не только для движения плазмы. В условиях эффекта Унру ускоряющийся наблюдатель воспринимает пустое пространство как тепловую среду. Ускорение в несколько сотен МэВ, следовательно, может соответствовать кажущейся температуре, близкой к температуре перехода квантовой хромодинамики (КХД), теории, описывающей сильное взаимодействие.
Это поднимает вопрос о том, что ускорение может добавить новое измерение к фазовой структуре КХД-материи. Вдоль этой предполагаемой «оси ускорения» эффект может влиять на хиральные и деконфайнментные переходы, которые определяют поведение кварков и то, остаются ли они локализованными внутри более крупных частиц.
Ускорение также может генерировать необычные транспортные эффекты и влиять на спин частиц таким образом, чтобы дополнять вихревое движение. Такие эффекты могут помочь исследователям изучить неразрешенные спиновые паттерны, измеренные на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) и Большом адронном коллайдере (LHC).
Далее исследователи планируют добавить в свои модели более реалистичную гидродинамическую эволюцию и искать измеримые сигналы, включая паттерны в спиновой поляризации гиперонов. Эти наблюдения могут показать, проявляются ли предсказанные эффекты ускорения в реальных столкновениях частиц.