Решение математической головоломки о кварках и глюонах в ядерной материи

 Строительными блоками атомных ядер являются протоны и нейтроны, которые сами состоят из еще более фундаментальных частиц: кварков и глюонов. Эти частицы действуют через сильное взаимодействие, одно из четырех фундаментальных сил природы. Они составляют ядра в сердце каждого атома. Они также составляют формы горячей или плотной ядерной материи, обладающие экзотическими свойствами.

Рисунок кварк-глюонной плазмы (маленькие красные, зеленые и синие кружки), образующейся при релятивистском столкновении тяжелых ионов между двумя тяжелыми ядрами (белые кружки). В результате столкновения образуется тяжелый кварк (красный «Q») и пара тяжелых кварк-антикварк (зеленый «QǬ»). (Фото: phys.org)

Ученые изучают свойства горячей и холодной ядерной материи в экспериментах по столкновению релятивистских тяжелых ионов и будут продолжать делать это с помощью будущего электронно-ионного коллайдера. Конечная цель — понять, как сложные формы материи возникают из элементарных частиц под действием сильных сил.

Теоретические расчеты с участием сильного взаимодействия сложны. Один аспект этой сложности возникает из-за того, что существует множество способов выполнения этих вычислений. Ученые называют некоторые из них выбором манометра. Все выбранные датчики должны давать один и тот же результат для расчета любой величины, которую можно измерить в эксперименте. Однако один конкретный выбор, называемый аксиальной калибровкой, годами озадачивал ученых из-за трудностей с получением согласованных результатов при таком выборе.

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters , решает эту загадку и прокладывает путь к надежным расчетам свойств горячей и холодной ядерной материи, которые можно проверить в текущих и будущих экспериментах.

Экзотическая форма ядерной материи, которую физики изучают в столкновениях релятивистских тяжелых ионов, называется кварк-глюонной плазмой (КГП). Эта форма материи существовала в ранней Вселенной. Физики исследуют его свойства в экспериментах по столкновению тяжелых ионов, воссоздавая чрезвычайно высокие температуры, которые в последний раз наблюдались в микросекундах после Большого взрыва. Анализируя экспериментальные данные о столкновениях и сравнивая их с теоретическими расчетами , физики могут установить различные свойства КГП. Расчетный метод, называемый аксиальной калибровкой, ранее, казалось, подразумевал, что два свойства КГП, описывающие движение тяжелых кварков через КГП, были одинаковыми.

Исследователи из Массачусетского технологического института и Вашингтонского университета пришли к выводу, что этот вывод неверен. Их исследование также тщательно проанализировало тонкие условия, когда можно использовать осевой датчик, и объяснило, почему эти два свойства различаются. Наконец, он показал, что два различных метода измерения того, как глюоны, являющиеся переносчиками сильного взаимодействия , распределяются внутри ядер, должны давать разные результаты. Это предсказание будет проверено на будущем электронно-ионном коллайдере.

Источник