Физики, анализирующие данные о столкновениях ионов золота на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики США для исследований в области ядерной физики в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики, ищут доказательства того, что называют критической точкой перехода ядерной материи из одной фазы в другую.
Новые результаты участников RHIC's STAR Collaboration, опубликованные в журнале Physical Review Letters, намекают на то, что расчеты, предсказывающие, сколько легких ядер должно появиться в результате столкновений, могут помочь отметить это место на дорожной карте ядерных фазовых изменений. Доказательство существования критической точки — точки, в которой происходит изменение способа перехода ядерной материи из одной фазы в другую — является ключом к ответу на фундаментальные вопросы о строении нашей Вселенной. Грубо говоря, ядерная фазовая диаграмма является чем-то, что соединяет прошлое — Большой взрыв и раннюю Вселенную — с видимой материей, какой мы ее знаем сегодня, и даже с нейтронными звездами.
Столкновения RHIC воссоздают горячее, плотное состояние материи, которое существовало в течение крошечной доли секунды сразу после Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад. Эта материя, называемая кварк-глюонной плазмой (КГП), представляет собой суп из "свободных" кварков и глюонов — строительных блоков протонов и нейтронов, из которых состоят атомные ядра. Столкновение тяжелых ионов при различных энергиях позволяет физикам RHIC изучить, как столкновения создают этот первичный бульон и как он превращается обратно в обычную ядерную материю.
Искать признаки критической точки, когда тип перехода от КГП к обычной материи изменяется от плавного пересечения (где две фазы сосуществуют, как когда масло постепенно тает в теплый день) к внезапному сдвигу (подобно внезапному кипению воды) — ученые ищут флуктуации в вещах, которые они измеряют, возникающие в результате столкновений.
Прошлые работы команды уже показывали признаки типа флуктуаций, которые ученые ожидали бы вокруг критической точки, глядя на количество чистых протонов, произведенных при различных энергиях столкновения. Протоны, каждый из которых состоит из трех кварков, образуются по мере охлаждения КГП и могут служить заменой общей барионной плотности. Ученые ожидают, что по мере увеличения барионной плотности вещества более вероятно, что эти протоны и нейтроны будут сливаться или объединяться, чтобы сформировать легкие ядра, когда КГП "замерзнет".
Данные для новго исследования, которое позволило избавиться от "фонового шума" других продуктов столкновения, были получены с помощью Solenoid Tracker в RHIC, детектора частиц, известного как STAR, во время первой фазы сканирования энергии луча (BES-I).
Данные по большинству проанализированных энергий столкновения соответствовали моделям теоретиков того, как будут формироваться новые ядра, когда протоны и нейтроны объединяются в результате слияния. Но в двух точках — от столкновений при 19,6 миллиарда избирательных вольт (ГэВ) и 27 ГэВ — данные выпрыгнули за пределы базовой линии, предсказанной моделью, намекая на эти желанные флуктуации.
Баллы предлагают совокупную значимость, которая все еще ниже уровня, необходимого для заявления об открытии в физике. Но дальнейшее развитие экспериментов должно приблизить ученых к нужным значениям. Главное для команды сейчас, понимать то, что они на правильном пути.
