Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 26.09.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Идеальная жидкость - кварк-глюонная плазма обладает самым быстрым вихревым движением

Идеальная жидкость — кварк-глюонная плазма обладает самым быстрым вихревым движением
shortstoryf

Закручивающийся суп фундаментальных стандартных блоков материи вращается в десять миллиардов триллионов раз быстрее, чем самый мощный торнадо. Это является новым рекордом для вихревого движения.

Столкновения частиц, воссоздающих кварк-глюонную плазму, которая полностью заполняла собой раннюю вселенную, показывают, что капельки этого первородного супа закручиваются намного быстрее, чем какая-либо другая жидкость. Новый анализ данных от релятивистского коллайдера тяжёлых ионов RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), расположенного в Брукхейвенской национальной лаборатории штата Нью-Йорк, показал, что завихрения кварк-глюонной плазмы превосходят вихревую динамику движения жидкости в зарождающихся супер ячейках торнадо на Земле и даже в Большом Красном Пятне Юпитера во много порядков. Даже был побит рекорд вращения, удерживаемый до недавнего времени нано каплями сверхтекучего гелия.

Результаты этой работы были опубликованы в издании Nature. Сейчас исследователям становится ясно, что им удалось зафиксировать ещё один рекорд, который удалось поставить благодаря удивительным свойствам кварк-глюонной плазмы. Эта жидкость, которая составлена из фундаментальных стандартных блоков материи — кварков и глюонов — имеет температуру, которая в сотни тысяч раз больше, чем в самом центре Солнца, и сверхнизкую вязкость (или сопротивляемость течению). Ведущие физики мира описывают эти явления как «почти совершенными» свойствами. Изучая эти свойства и факторы, которые управляют ими, учёные надеются докопаться до самой мощной и наименее изученной силы в природе, той, которая ответственна за превращение кварков и глюонов в протоны и нейтроны, которые, в свою очередь, формируют большую часть видимой материи во вселенной.

Распад

Контрольные признаки распада лямбда-гиперона на протон (p) и пион (π-). Поскольку протон выходит практически с тем же выравниванием, что и спин гиперона, отслеживая места, в которых протоны ударяют датчик, можно проследить спин самих гиперонов.

В частности, результаты измерения закрутки, или вихревого движения жидкости, должны помочь учёным определиться среди различных теоретических описаний плазмы. А с ещё большим количеством данных у них появится возможность измерить силу магнитного поля плазмы — очень важной переменной для исследования других интересных явлений физики.

«То, что мы знали до недавнего времени в охарактеризовании кварк-глюонной плазмы, говорило нам о том, что это горячая жидкость, которая расширяется взрывным методом и очень легко течёт. Но мы хотим понять эту жидкость на ещё более подробном уровне. Достаточно ли быстро она термализуется (или достигает равновесия), чтобы завихрения начали формироваться в самой жидкости? И если это так, как сама жидкость реагирует на эти экстремальные вихри?», — Майкл Лайза, физик из Университета штата Огайо. Новый анализ, который провёл Майкл со своим аспирантом даёт коллаборации способ достигнуть этих ожидаемых результатов.

Выравнивание спинов

«Теория говорит о том, что, если у нас есть жидкость с вихревым движением, то есть с вращающейся подструктурой, то она имеет тенденцию к выравниванию спинов частиц, которые испускает, в том же направлении, что и закрутка».

И в то время, как в кварк-глюонной жидкости может присутствовать много небольших «водоворотов», направленных случайно, в среднем их вращение должно быть выровнено с тем фактором, который известен под названием углового момента системы (момента импульса) — вращения системы, сгенерированного сталкивающимися частицами, поскольку они пролетают мимо друг друга на скоростях, близких к скорости света.

Чтобы отследить вращающиеся частицы и их момент импульса, физики коррелируют измерения, проведённые одновременно по двум компонентам датчика. Первое измерение было проведено с применением двух датчиков, расположенных на переднем и заднем краях детектора STAR, который имеет размеры с дом. Эксперимент измерял еле заметные отклонения путей сталкивающихся частиц, когда она пролетали друг за другом. Размер и направление отклонения говорят физикам о величине момента импульса явления, и о том, в каком направлении это событие происходило. Сам детектор STAR находится в специальной камере Time Project Chamber, в которой одновременно с первым проходил сразу и второй эксперимент. Эта камера заполнена газом, который окружает зону столкновения частиц, здесь удаётся отследить треки сотен или даже тысяч других частиц, которые выходят перпендикулярно центру столкновения.

«Мы, в частности, ищем признаки присутствия лямбда-гиперонов — вращающихся частиц, которые распадаются на протон и пион, которые мы и наблюдаем в камере Time Project Chamber. Поскольку протон вылетает практически точно выравниваясь к направлению вращения гиперона, проследив то, где они ударяют камеру, можно в обратном порядке проследить, как направлен спин гиперона», — Эрнст Зихтерманн, старший научный сотрудник детектора STAR и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.

«Мы ищем некоторое систематическое предпочтения для направления этих дочерних протонов, особым образом сориентированных относительно момента импульса, который мы как раз измеряем в переднем и заднем датчиках STAR. Величина этого предпочитаемого момента говорит нам о степени вихревого движения, то есть среднего уровня закрутки, кварк-глюонной плазмы».

Супер спин

Результаты показывают, что столкновения в детекторе RHIC создают жидкость с самых мощным вихревым движением из всех когда-либо зарегистрированных. Вращение этой жидкости намного быстрее, чем у ускоряющегося торнадо, и быстрее, чем у любой лабораторной жидкости. Таким образом, учёные приходят к заключению, что перед ними наиболее идеальная жидкость из всех возможных, поскольку обладает очень маленькой вязкостью и большим вихревым движением. Эти данные также пригодятся для оценки того, что различные теории предсказывают относительно вихревого движения кварк-глюонной плазмы.

«Разные теории говорят о разной степени вихревого движения, в зависимости от того, какие параметры они включают. Таким образом, наши результаты помогут отсортировать все эти теории и определить, какие факторы являются самыми релевантными. Есть одна общая черта у этих теорий: все они недооценивают вихревое движение. Наши измерения показывают, что оно происходит намного активнее, быстрее даже, чем предполагалось ранее».

Это открытие было сделано во время работы по одной из программ, реализуемых на детекторе DHIC. Он был выбран благодаря возможности систематически варьировать энергии столкновений в таких диапазонах, в которых можно наблюдать другие особенно важные явления. Фактически, теории предполагают, что RHIC может обладать оптимальным диапазоном для открытия и последующего исследования выравнивания вихревого движения, так как этот эффект уменьшается в более высоких энергиях.

Увеличение числа лямбда-гиперонов, которое должно быть выявлено в будущих столкновениях в RHIC, улучшит способность учёных использовать эти измерения, чтобы вычислить силу магнитного поля, сгенерированного в столкновениях. Сила магнетизма влияет на движение заряженных частиц, поскольку они создаются и появляются из столкновений RHIC, поэтому измерение его силы важно, чтобы полностью охарактеризовать кварк-глюонную жидкость, включая то, как она разделяет частицы, имеющие разный заряд.

«Теория предсказывает, что магнитное поле, создаваемой в экспериментах с тяжёлыми ионами, намного выше, чем какое-либо другое во всей вселенной».

По информации Брукхейвенской национальной лаборатории.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google