Xavier Boyer Les physiciens rapportent de nouvelles preuves que la output d’un état exotique de la matière dans les collisions de noyaux d’or au collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC) – un brise-atomes au laboratoire nationwide de Brookhaven du département américain de l’énergie (DOE) – peut être “transformée off” en diminuant l’énergie de collision.
Les résultats, qui viennent d’être publiés par la collaboration STAR du RHIC dans les lettres d’examen physique. connue sous le nom de plasma quark-gluon (QGP), peut exister et identifier les principales caractéristiques du phases de la matière nucléaire.
“Libérer” les quarks et les gluons
Générer et étudier QGP a été un objectif central de la recherche au RHIC. Depuis que le collisionneur a commencé à fonctionner en 2000, un significant éventail de mesures a montré que les collisions les additionally énergétiques de noyaux atomiques – à 200 milliards d’électronvolts (GeV) – “font fondre” les limites des protons et des neutrons pour libérer, pour une durée instantaneous fugace, les quarks et les gluons qui composent les particules nucléaires ordinaires. Diverses mesures ont montré que le QGP existe jusqu’à 19,6 GeV. La nouvelle analyse a utilisé les données collectées par le détecteur STAR du RHIC au cours de la première section du RHIC Beam Electricity Scan pour rechercher systématiquement l’énergie à laquelle la creation de cet état thermalisé de quarks et de gluons est arrêtée.
“Nous avons analysé 10 énergies de collision – à partir d’une énergie de centre de masse de 200 GeV, qui est l’énergie de collision la in addition élevée du RHIC entre deux faisceaux d’or, jusqu’à 3 GeV, où un faisceau d’or entre en collision avec une cible d’or stationnaire”, a déclaré Ashish Pandav, un étudiant à l’Institut national indien d’éducation et de recherche scientifiques (NISER), maintenant en poste au Laboratoire nationwide Lawrence Berkeley (LBNL) du DOE. “Ces données nous donnent la couverture la furthermore large à ce jour du diagramme de stage nucléaire – la carte de la façon dont la matière nucléaire improve avec la température et la densité.”
Pour déterminer si un QGP a été créé à chaque énergie de collision, les scientifiques ont examiné la distribution des protons produits lors de chaque événement de collision.
Analyse systématique
“Nous avons mesuré, événement par événement, le nombre de protons moins le nombre d’antiprotons produits, et la distribution de cette output nette de protons”, a déclaré Bedangadas Mohanty, professeur de physique au NISER. Mohanty et l’équipe STAR ont analysé des données sur une variété de caractéristiques de la distribution, y compris la valeur moyenne, la variance, le degré d’asymétrie des données, etc. Puis ils ont comparé leurs observations avec des prédictions calculées à l’aide des équations de la chromodynamique quantique (QCD), la théorie qui décrit les interactions des quarks et des gluons, simulées sur un réseau d’espace-temps discret.
“Ces simulations numériques de QCD intègrent la formation d’un plasma quark-gluon thermalisé, donc si les données correspondent aux prédictions, c’est la preuve que le QGP est présent”, a déclaré Mohanty.
Ordre hiérarchique
Les calculs QCD prédisent un ordre hiérarchique des caractéristiques de distribution nette des protons — et que certaines relations entre ces caractéristiques devraient toutes avoir des valeurs négatives. Les données STAR indiquent que ces schémas thermodynamiques persistent généralement à tout sauf à l’énergie de collision la plus faible.
« Nous savons à 200 GeV que les collisions RHIC créent un QGP, mais qu’en est-il de la prochaine énergie, 62,4 GeV, 54,4 GeV, 39, 27, 19,6 ? a déclaré Nu Xu, physicien à LBNL et ancien porte-parole de STAR. “A toutes ces énergies, nous avons trouvé la hiérarchie prédite et les valeurs négatives, ce qui signifie que les données à ces énergies sont toutes compatibles avec un QGP thermalisé.”
En dessous de 19,6 GeV, les données ont continué à correspondre aux prévisions, même si les barres d’erreur indiquant la plage d’incertitude sur ces mesures étaient importantes.
“Pour ces énergies, nous avons besoin de plus de données”, a déclaré Xu.
Mais à l’énergie la plus basse, 3 GeV, les scientifiques ont constaté un changement spectaculaire. L’ordre de la hiérarchie parmi les caractéristiques analysées s’est inversé, tout comme le signe des relations clés, du négatif au positif.
“Ce changement de signe est une indication robuste, étayée par des calculs de premier principe, que la development d’un plasma quark-gluon est désactivée à l’énergie de collision la furthermore faible du RHIC”, a déclaré Xu.
Certitude dans les mathématiques
La certitude des scientifiques est motivée par le fait que les comparaisons qu’ils ont utilisées proviennent de descriptions mathématiques pures du QGP.
“Dans ce cas, il s’agit de résoudre les interactions des quarks et des gluons, en utilisant la QCD, qui a des équations beaucoup plus compliquées”, a déclaré Mohanty.
Ce travail nécessitait des ordinateurs puissants, notamment au RHIC et ATLAS Computing Facility (RACF) du Brookhaven Lab, au Nationwide Energy Research Scientific Computing Heart (NERSC) du LBNL et au consortium Open Science Grid.
a déclaré Frithjof Karsch, un ancien théoricien du Brookhaven Lab maintenant à l’Université de Bielefeld en Allemagne, qui a co-écrit un write-up sur les prédictions QCD. “Il est passionnant de voir ces prédictions des calculs des premiers principes être confirmées par les données expérimentales du RHIC.”
Les scientifiques espèrent renforcer davantage leur confiance dans leurs découvertes et leur recherche d’un place d’arrêt du QGP en analysant les données du Beam Strength Scan II (BES II) du RHIC. Cette mine de données réduira l’incertitude de tous les résultats, en particulier pour les énergies inférieures à 19,6 GeV.
“A partir d’un système thermalisé, nous voyons un schéma régulier de 200 GeV à 62 GeV jusqu’à 19,6. Ensuite, nous voyons quelque selected de” cahoteux “entre 20 et 3 GeV”, a déclaré Xu.
Une analyse antérieure des fluctuations de la output nette de protons a suggéré que les bosses pourraient être une sign d’une combinaison particulière de température et de pression où la façon dont le QGP est formé à partir de la matière nucléaire ordinaire adjust. Ces résultats et l’ajout de données de BES II aideront à affiner la recherche de ce soi-disant issue critique.
“Tout est lié”, a déclaré Xu.
Cette étude a été soutenue par le DOE Business of Science, la US Nationwide Science Foundation et un large éventail d’agences de financement internationales répertoriées dans l’article. Les opérations du RHIC sont financées par le DOE Office environment of Science. Le RHIC et le NERSC sont des installations d’utilisateurs du DOE Office environment of Science.
