חלקלק כשהוא מרוסק: עד כמה דביק הוא חומר גרעיני צפוף?

הדמיות מתקדמות של התנגשויות גרעיני אטום כבדות הראו שהצמיגות של הקווארק-גלואון פְּלַסמָה עולה עם צפיפות הרשת-באריון.

מחקר זה, משמעותי להבנת מעברי השלבים של חומר גרעיני, ממנף נתונים מהתנגשויות אנרגיה שונות כדי לחדד מודלים תיאורטיים.

מרק דמוי נוזל של אבני הבניין הבסיסיות של החומר הגלוי, הקווארקים והגלואונים. נוצר כאשר גרעיני אטום כבדים מתנגשים זה בזה. למרק הזה יש צמיגות נמוכה מאוד – מדד ל"דביקות" שלו או להתנגדות שלו לזרימה. תיאורטיקנים ביצעו את המחקר השיטתי הראשון של האם וכיצד צמיגות זו משתנה על פני מגוון רחב של אנרגיות התנגשות. העבודה לוקחת בחשבון שינויים המתרחשים כאשר הגרעינים המתנגשים עוברים זה דרך זה. החישובים מנבאים שצמיגות הנוזל עולה עם צפיפות הבריון נטו – השפע היחסי של בריונים (חלקיקים העשויים משלושה קווארקים, כמו הנייטרונים והפרוטונים המרכיבים את הגרעינים המתנגשים) על פני אנטי-בריונים (שנוצרים בהתנגשות).

תובנות צמיגות מנתוני התנגשות

ניתוח זה קבע את הפרמטרים הטובים ביותר להתאמת סימולציות חדשות לנתונים ניסיוניים מהתנגשויות של גרעיני זהב באנרגיות שונות. הוא חזה צמיגות מוגברת עם הגדלת צפיפות הרשת-באריון. זה תואם חלק מהתחזיות התיאורטיות, אך לא לכל. בעתיד, מדענים ישתמשו באותה מסגרת תיאורטית כדי לשלב נתונים נוספים ממגוון אנרגיות התנגשות. הדמיות מורחבות אלו לא רק יספקו מידע על צמיגות. הם גם יציעו נתונים על כל דיאגרמת הפאזות של חומר גרעיני, אשר ממפה כיצד חומר גרעיני משתנה ממוצק, נוזל, גז או פלזמה כפונקציה של טמפרטורה וצפיפות הבריון.

טכניקות סימולציה מתקדמות

עבודה זו משלבת הדמיות דינמיות חדישות של נוזל צמיג בכל שלושת הממדים המרחביים עם מודלים דינמיים חדשים שפותחו של השלב הראשוני של ההתנגשויות לתיאור התנגשויות יונים כבדות במתאיץ יונים כבדים יחסיות.

(RHIC), מתקן משתמש של משרד האנרגיה, על מגוון רחב של אנרגיות התנגשות. שילוב האבולוציה של המצב ההתחלתי מאפשר יצירה מתמשכת של חומר גרעיני נוזלי כאשר הגרעינים המתנגשים עוברים זה דרך זה. זה חשוב במיוחד באנרגיות אלומה נמוכות יותר שבהן ההנחה של התנגשות מיידית אינה תקפה.

ניתוח אירוע אחר אירוע בהתנגשויות גרעיניות

במחקר זה, צוות של תיאורטיקנים מהמעבדה הלאומית ברוקהייבן, המעבדה הלאומית של לורנס ברקלי, אוניברסיטת קליפורניה ברקלי ואוניברסיטת וויין סטייט השתמשו במודל רב-תכליתי זה כדי לבצע חישובים של אירוע אחר אירוע המתחשבים בתנודות בגיאומטריה הראשונית של ההתנגשות. גרעינים וצורתו של כדור האש שנוצר. החוקרים גיוונו והגבילו את הפרמטרים של המודל, הכוללים את הצמיגות של החומר המיוצר כמו גם את תכונות המצב ההתחלתי, כדי לבצע ניתוח סטטיסטי עם קלט מנתונים ניסיוניים שנאספו במהלך סריקת אנרגיה קרן (BES) של RHIC. ניתוח מונחה נתונים זה של האופן שבו צמיגות תלויה בצפיפות רשת באריונים התבסס על 5 מיליון אירועי התנגשות מדומים מספרית. חוקרים יכולים כעת להשוות את הניתוח הזה לחישובים תיאורטיים טהורים. ניתן ליישם את אותה מסגרת למדידות משלב BES II ב- RHIC ובמתקן העתידי לחקר אנטי פרוטונים ויונים (FAIR) באירופה.

מחקר זה מומן על ידי משרד המדע של משרד האנרגיה, משרד הפיזיקה הגרעינית והקרן הלאומית למדע. המחקר השתמש במשאבי חישוב של רשת המדע הפתוחה, בתמיכת הקרן הלאומית למדע.