Béatrice Garnier Les scientifiques qui étudient les collisions de particules au collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC) ont révélé comment certains jets de particules perdent de l’énergie lorsqu’ils traversent la forme distinctive de matière nucléaire créée lors de ces collisions. Les résultats, publiés dans Bodily Assessment C, devraient les aider à en savoir additionally sur les principales “propriétés de transportation” de cette soupe de particules chaudes, connue sous le nom de plasma quark-gluon (QGP).
“En examinant remark les jets de particules ralentissent lorsqu’ils se déplacent à travers le QGP. a déclaré Raghav Kunnawalkam Elayavalli, un chercheur postdoctoral. boursier à l’Université de Yale et membre de la collaboration expérimentale STAR du RHIC.
Mais il existe plusieurs façons pour un jet de perdre de l’énergie – ou d’être « éteint ». Ainsi, il peut être difficile de dire laquelle de ces triggers crée l’effet d’extinction.
Avec ces nouvelles découvertes, STAR a identifié pour la première fois une inhabitants spécifique de jets dont les physiciens disent pouvoir identifier le mécanisme de manière distincte : des quarks individuels émettant des gluons lorsqu’ils interagissent avec le QGP.
Les théoriciens peuvent maintenant utiliser les données pour affiner leurs calculs décrivant les propriétés fondamentales de la soupe chaude de quarks.
“Les jets sont très utiles auto ils vous indiquent remark ces quarks interagissent avec eux-mêmes”, a déclaré Kolja Kauder, un autre auteur principal de l’analyse, qui est physicien au Laboratoire countrywide de Brookhaven du Département américain de l’énergie, où se trouve le RHIC. “C’est l’essence de la” chromodynamique quantique “- la théorie décrivant les interactions de drive nucléaire forte des quarks et des gluons.”
Au début
La pressure forte joue un rôle majeur dans la design de la structure de tout ce que nous voyons dans l’univers aujourd’hui. C’est parce que toute la matière seen est constituée d’atomes avec des protons et des neutrons en leur cœur. Ces particules, à leur tour, sont constituées de quarks, qui sont maintenus ensemble par l’échange de particules porteuses de force fortes – les gluons ressemblant à de la colle.
Mais les quarks n’étaient pas toujours liés entre eux. Les scientifiques pensent que les quarks et les gluons se sont déplacés librement très tôt dans l’univers. avant que la soupe primordiale des éléments fondamentaux de la matière ne se refroidisse suffisamment pour que les protons et les neutrons se forment. Le RHIC, une installation utilisateur du Département américain de l’énergie pour la recherche en physique nucléaire, a été construit pour recréer et étudier ce plasma quark-gluon.
Le RHIC recrée la soupe de quarks de l’univers primitif en entraînant les noyaux d’atomes lourds tels que l’or dans des collisions frontales à une vitesse proche de celle de la lumière. L’énergie libérée crée des milliers de nouvelles particules subatomiques. Il “fond” également les limites des protons et des neutrons individuels pour libérer les quarks et les gluons internes.
Depuis in addition de deux décennies, les scientifiques suivent le flux de différents varieties de particules dans le plasma de quarks et de gluons qui en résulte. Il s’agit notamment de pulvérisations ou de jets collimatés de particules résultant de la fragmentation d’un quark ou d’un gluon. Les scientifiques ont généralement constaté que les particules et les jets à forte impulsion perdent de l’énergie lorsqu’ils traversent la goutte de QGP chaud. Grâce à cette nouvelle étude, ils ont identifié les détails d’un mécanisme spécifique de trempe des jets dans un sous-ensemble de jets.
Suivi des “dijets” sous différents angles
tandis que le jet de recul parcourant un itinéraire plus extensive dans la direction opposée obtient trempé par le plasma. Les physiciens de STAR ont suivi l’énergie des particules constituant le “cône” du jet de recul.
Ils ont également divisé tous les événements en ceux qui ont produit des jets relativement étroits et ceux qui ont produit un jet de particules furthermore significant.
“Notre instinct nous dit que quelque chose de moreover big se déplaçant à travers le médium devrait perdre as well as d’énergie”, a déclaré Kunnawalkam Elayavalli. “Si le jet est étroit, il peut en quelque sorte percer et vous vous attendez à moins de perte d’énergie que pour un jet moreover large, qui voit plus de plasma. C’était l’attente.”
Pensez à un grand nageur se déplaçant dans l’eau de manière non simplifiée, a-t-il suggéré. Vous vous attendez à voir un sillage furthermore large s’éloigner de la personne que le sillage d’un nageur mince et profilé. Dans le cas des particules, les physiciens s’attendaient à ce que le “sillage” in addition large produit par des jets furthermore larges pousse les particules au-delà des limites de leur détection.
“Mais ce que nous avons découvert, c’est qu’avec ce sous-ensemble particulier de jets que nous avons étudié au RHIC, peu importe l’angle d’ouverture du jet ils perdent tous de l’énergie de la même manière.”
Pour les jets étroits et larges, l’addition de l’énergie de toutes les particules à impulsion élevée et à impulsion faible dans le “cône” pourrait représenter toute l’énergie “perdue” lors de la trempe. Autrement dit, bien que ces jets aient subi une perte d’énergie, dans les jets larges et étroits, l’énergie perdue a été convertie en particules à faible impulsion qui sont restées dans le cône du jet.
“Lorsque les jets perdent de l’énergie, cette énergie perdue est convertie en particules à furthermore faible impulsion. Vous ne pouvez pas simplement perdre de l’énergie, elle doit être conservée”, a déclaré Kauder de Brookhaven. La shock était que toute l’énergie restait dans le cône.
Les implications
Les résultats ont des implications importantes pour comprendre quand l’extinction se produit pour ces jets.
“Ne pas voir de différence entre les jets larges et étroits signifie que le mécanisme de perte d’énergie est indépendant de la sous-framework du jet. La perte d’énergie doit s’être produite avant que les jets ne se séparent – avant qu’il y ait un angle d’ouverture, étroit ou huge”, dit Kunnawalkam Elayavalli.
La séquence d’événements la moreover probable : “Probablement un seul quark traversant le plasma a émis des gluons (a dégagé de l’énergie) lorsqu’il a interagi avec d’autres quarks dans le QGP, puis il s’est divisé pour produire la sous-construction du jet. Les gluons se transforment en d’autres particules à as well as faible impulsion qui rester dans le cône, et ce sont les particules que nous mesurons », a-t-il déclaré.
chaque particule constituant la sous-construction du jet aurait perdu de l’énergie, avec une plus grande probabilité que les particules se soient propagées au-delà du cône du jet – en d’autres termes, formant un “sillage” au-delà de la zone où le les physiciens pourraient les mesurer.
Connaître le mécanisme spécifique de perte d’énergie pour ces jets aidera les théoriciens à affiner leurs calculs sur la relation entre la perte d’énergie et les propriétés de transportation QGP – propriétés qui sont quelque peu analogues à la viscosité et à la densité de l’eau. Cela donnera également aux physiciens un moyen de mieux comprendre les interactions fondamentales de force forte entre les quarks.
“Acquérir une compréhension quantitative des propriétés de ce plasma est primordial pour étudier l’évolution de l’univers primitif”, a déclaré Kunnawalkam Elayavalli, “y compris comment cette soupe primordiale de particules est devenue les protons et les neutrons des noyaux d’atomes qui composent notre monde. aujourd’hui.
“Cette mesure ouvre essentiellement la prochaine ère de la physique des jets au RHIC, ce qui nous permettra d’étudier de manière différentielle l’évolution spatio-temporelle du QGP.”
Raghav Kunnawalkam Elayavalli a commencé cette analyse en tant que boursier postdoctoral à la Wayne State University en collaboration avec Kauder (qui a ensuite quitté Wayne State pour rejoindre Brookhaven) et le physicien de Wayne Point out Joern Putschke, un autre auteur principal de l’analyse. Il a terminé l’analyse pendant son poste actuel au Yale / Brookhaven Lab avec la physicienne de Yale Helen Caines et le physicien du Brookhaven Lab Lijuan Ruan – les deux co-porte-parole de la collaboration STAR – et commencera un poste de professeur à l’Université Vanderbilt cet été.
Cette recherche a été soutenue par le DOE Place of work of Science (NP), qui soutient également les opérations du RHIC, et par la US Countrywide Science Basis et une série d’agences internationales énoncées dans l’article scientifique. La collaboration STAR a utilisé des ressources informatiques dans l’installation de calcul RHIC & ATLAS au laboratoire de Brookhaven le Countrywide Energy Study Scientific Computing Middle (NERSC), une installation utilisateur du DOE Office of Science au Lawrence Berkeley Nationwide Laboratory et le consortium Open up Science Grid.
