|
Создание детальной картины Большого взрыва
|
|
|
|
Исследовательская группа, возглавляемая физиком из Университета Райса Фрэнком Гертсом (Frank Geurts), успешно измерила температуру кварк-глюонной плазмы (QGP) на различных этапах ее эволюции, что позволило получить критическое представление о состоянии материи, которое, как считается, существовало всего через микросекунды после Большого взрыва - научной теории, описывающей происхождение и эволюцию Вселенной. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
|
|
|
|
В исследовании рассматривается давняя проблема измерения температуры вещества в экстремальных условиях, когда прямой доступ невозможен.
|
|
|
|
Используя тепловые электрон-позитронные пары, испускаемые при столкновениях ультрарелятивистских тяжелых ионов на коллайдере релятивистских тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке, исследователи расшифровали тепловой профиль QGP.
|
|
|
|
Измерения температуры существовали и ранее, но были сопряжены с рядом сложностей, таких как то, относились ли они к фазе QGP или были смещены эффектом Доплера из-за больших полей скоростей, повышающих такие эффективные температуры.
|
|
|
|
"Наши измерения раскрывают тепловой отпечаток QGP", - сказал Гертс, профессор физики и астрономии и сопредседатель RHIC STAR collaboration.
|
|
|
|
|
|
|
"Отслеживание выбросов дилептонов позволило нам определить, насколько горячей была плазма и когда она начала остывать, что позволило получить непосредственное представление об условиях всего через микросекунды после возникновения Вселенной".
|
|
Новое тепловое окно в ядерную материю
|
|
|
|
Свойства QGP, нерасчлененного состояния кварков и глюонов, сильно зависят от его температуры. Существовавшим ранее методам не хватало разрешения или проникающей способности, необходимых для измерения внутренних тепловых условий QGP без влияния эволюции этой быстро расширяющейся системы. Поскольку температура, как ожидается, превысит триллионы Кельвинов, ученым потребовался малозаметный термометр для измерения значений в реальном времени.
|
|
|
|
"Тепловые лептонные пары, или электрон-позитронное излучение, производимое на протяжении всего срока службы QGP, оказались идеальными кандидатами", - сказал Гертс.
|
|
|
|
"В отличие от кварков, которые могут взаимодействовать с плазмой, эти лептоны проходят сквозь нее практически невредимыми, неся неискаженную информацию об окружающей среде".
|
|
|
|
Однако обнаружение этих редких пар среди моря обломков частиц требовало беспрецедентной чувствительности и точности данных, - сказал Гертс.
|
|
|
|
Экспериментальный прорыв
|
|
|
|
Исследователи использовали усовершенствованную аппаратуру обнаружения в RHIC, откалибровав свои системы для выделения пар лептонов с низким импульсом.
|
|
|
|
Они проверили гипотезу о том, что распределение энергии этих пар может служить прямым показателем температуры QGP. Этот метод, называемый в теоретических дискуссиях проникающим термометром, объединяет данные об излучении за время существования плазмы, создавая профиль средней температуры.
|
|
|
|
Исследовательская группа добилась точного измерения, несмотря на технологические ограничения статистических данных и трудности с выделением фоновых процессов, которые могли бы имитировать тепловые сигналы.
|
|
Основные выводы, значение
|
|
|
|
Исследование выявило две различные средние температуры, зависящие от диапазона масс диэлектронных пар: более низкую температуру примерно в 2,01 трлн Кельвинов в области малой массы, предсказанную теоретическими моделями и соответствующую температурам замерзания, полученным с помощью адронных зондов, и значительно более высокую температуру около 3,25 трлн Кельвинов в области более высокой массы. область парных масс.
|
|
|
|
Это различие указывает на то, что тепловое излучение из области малых масс, которое создает эти диэлектроны, в основном испускается позже, вблизи фазового перехода. В отличие от этого, тепловое излучение из области больших масс происходит на более ранней, более горячей стадии эволюции QGP.
|
|
|
|
"В этой работе представлены средние температуры QGP на двух различных стадиях эволюции и множественные барионные химические потенциалы, что свидетельствует о значительном прогрессе в отображении термодинамических свойств QGP", - сказал Гертс.
|
|
|
|
Точно измеряя температуру QGP в различные моменты его эволюции, ученые получают важнейшие экспериментальные данные, необходимые для составления "фазовой диаграммы КХД", которая необходима для составления карты того, как фундаментальная материя ведет себя при огромной температуре и плотности, сродни условиям, которые существовали сразу после Большого взрыва и присутствуют в настоящее время. космические явления, подобные нейтронным звездам.
|
|
|
|
"Вооружившись этой тепловой картой, исследователи теперь могут уточнить свое понимание продолжительности жизни QGP и ее транспортных свойств, тем самым улучшив наше понимание ранней Вселенной", - сказал Гертс.
|
|
|
|
"Это достижение означает нечто большее, чем просто измерение; оно предвещает новую эру в исследовании самых крайних пределов материи".
|
|
|
|
Источник
|
