10.09.2021, 15:50
Новые данные детектора STAR свидетельствуют о том, что протоны и нейтроны проходят фазовый переход первого рода — словно они плавятся.
Механизм такой же, как при таянии льда: энергия сначала увеличивает температуру, а во время фазового перехода вся энергия уходит на превращение твёрдого тела в жидкость при неизменной температуре. Разберёмся, как же могут «плавиться» протоны и нейтроны — физики искали подтверждение этому явлению более 35 лет.
Расплавленное состояние протонов и нейтронов представляет собой «суп» из кварков и глюонов. Ученые, изучающие кварк-глюонную плазму на коллайдере релятивистских тяжелых ионов, нашли признаки фазового перехода первого рода. Последние данные о низкоэнергетических столкновениях поддержали эту модель.
Для того, чтобы найти те признаки, которые физики теоретически выявили ещё в 70-х годах прошлого столетия, необходимо изучить кварк-глюонную плазму в широком диапазоне энергий. Для этого приходится улавливать и описывать крошечные пятнышки, исчезающие всего за одну миллиардную триллионной секунды после образования. Но благодаря гибкости коллайдера релятивистских тяжелых ионов и сложности детектора STAR, ученые наконец-то получили необходимые измерения.
Коллайдер был построен отчасти для изучения того, как ядерная материя превращается в кварк-глюонную плазму. Коллайдер релятивистских тяжелых ионов ускоряет и сталкивает ядра атомов золота с разными энергиями, чтобы изучить, как они плавятся, образуя «кварковый суп». Признаки фазового перехода первого рода — падение давления во время перехода и увеличение времени жизни кварк-глюонной плазмы.
Физики искали эти признаки, измеряя качественное и количественное отклонение частиц в сторону (падение давления уменьшило бы «поток», но более долгоживущая плазма двигалась в одном направлении). Для таких сверхточных измерений нужны частицы с длиной волны более чем в миллиард раз меньшей ширины человеческого волоса. Ученые все еще собирают и обрабатывают данные более детального сканирования, чтобы понять дополнительные характеристики фазового перехода при различных энергиях столкновения.
Исследование опубликовано в Physical Review.
