﻿빛의 입자가 유체 흐름을 생성할 수 있음, 데이터 이론 비교 제안

빛의 입자가 유체 흐름을 생성할 수 있음, 데이터 이론 비교 제안 날짜: 2022년 12월 13일 원천: DOE/브룩헤이븐 국립 연구소 요약: 새로운 계산 분석은 중이온과 충돌하는 광자(일명 빛의 입자)가 '강하게 상호 작용하는' 입자의 유체를 생성할 수 있다는 생각을 뒷받침합니다. 새로운 논문에서 그들은 그러한 시스템을 설명하는 계산이 유럽의 LHC(Large Hadron Collider)에서 ATLAS 탐지기에 의해 수집된 데이터와 일치한다는 것을 보여줍니다. 미국 에너지부 브룩헤이븐 국립 연구소와 웨인 주립 대학의 이론가들의 새로운 계산 분석은 중이온과 충돌하는 광자(일명 빛의 입자)가 "강하게 상호 작용하는" 입자의 유체를 생성할 수 있다는 생각을 뒷받침합니다. Physical Review Letters 에 방금 발표된 논문에서 그들은 그러한 시스템을 설명하는 계산이 유럽의 LHC(Large Hadron Collider)에서 ATLAS 탐지기에 의해 수집된 데이터와 일치한다는 것을 보여줍니다. 논문에서 설명하듯이 계산은 핵물리학 연구를 위한 DOE Office of Science 사용자 시설인 상대론적 중이온 충돌기(RHIC)와 LHC 모두에서 다양한 유형의 이온의 정면 충돌에서 볼 수 있는 유체역학적 입자 흐름을 기반으로 합니다. 브룩헤이븐 연구소에서 약간만 변경하면 이러한 계산은 과속 이온 주위에 구름을 형성하는 광자가 반대쪽 빔의 이온과 충돌하는 아차 충돌에서 볼 수 있는 흐름 패턴도 설명합니다. Brookhaven Lab의 이론가는 "결론은 납-납 및 양성자-납 충돌을 설명하는 데 사용하는 것과 동일한 프레임워크를 사용하여 광자가 납 핵과 충돌하는 이러한 초주변 충돌 데이터를 설명할 수 있다는 것입니다."라고 말했습니다. 이 논문의 공동 저자인 Bjoern Schenke. "그것은 이러한 광자-이온 충돌에서 더 큰 시스템에서와 마찬가지로 유체 역학으로 잘 설명되는 작고 조밀하고 강하게 상호 작용하는 매체를 만들 가능성이 있음을 말해줍니다." 유동 서명 특징적인 방식으로 흐르는 입자의 관찰은 더 큰 충돌 시스템(LHC에서 납-납 및 양성자-납 충돌, RHIC에서 금-금 및 양성자-금 충돌)이 거의 완벽한 유체를 생성한다는 주요 증거였습니다. 흐름 패턴은 충돌하는 이온이 겹치는 곳에서 생성되는 많은 수의 강력하게 상호 작용하는 입자에 의해 생성되는 엄청난 압력 구배에서 비롯되는 것으로 생각되었습니다. "이러한 고 에너지 핵을 함께 부수어 우리는 고 에너지 밀도를 생성하고 있습니다. 이 사람들의 운동 에너지를 작은 공간으로 압축하여 이 물질은 본질적으로 유체처럼 행동합니다."라고 Schenke는 말했습니다. 구형 입자(양성자와 핵 포함)가 정면으로 충돌하면 균일한 압력 구배가 생성될 것으로 예상됩니다. 그러나 부분적으로 겹치는 충돌은 장방형의 아몬드 모양의 압력 구배를 생성하여 수직보다 짧은 축을 따라 더 많은 고에너지 입자를 밀어냅니다. 이 "타원형 흐름" 패턴은 RHIC에서의 입자 충돌이 쿼크-글루온 플라즈마 또는 QGP(핵/이온의 양성자와 중성자를 구성하는 기본 구성 요소의 뜨거운 수프)를 생성할 수 있다는 최초의 힌트 중 하나였습니다. 과학자들은 처음에 QGP의 액체와 같은 행동에 놀랐습니다. 그러나 그들은 나중에 타원 흐름을 QGP의 정의 기능으로 설정하고 쿼크와 글루온이 개별 양성자와 중성자 내에 구속되지 않은 경우에도 여전히 강하게 상호 작용하고 있다는 증거를 확립했습니다. 양성자와 큰 핵의 충돌에서 유사한 흐름 패턴에 대한 이후의 관찰은 이러한 양성자-핵 충돌 시스템이 쿼크-글루온 수프의 작은 반점을 생성할 수 있음을 흥미롭게 시사합니다. "우리의 새로운 논문은 광자와 핵 사이의 충돌을 살펴보면서 이것을 훨씬 더 극단적으로 밀어붙이는 것입니다."라고 Schenke는 말했습니다. 발사체 변경 초주변 충돌이 핵 자체를 광자의 소스로 사용하여 광자-핵 상호 작용을 생성할 수 있다는 것은 오랫동안 알려져 왔습니다. 그것은 LHC에서 가속된 납 핵/이온(및 RHIC의 금 이온)과 같이 높은 에너지로 가속된 하전 입자가 전자파, 즉 빛의 입자를 방출하기 때문입니다. 따라서 LHC에서 각각의 가속된 납 이온은 기본적으로 광자 구름으로 둘러싸여 있습니다. "이러한 이온 중 두 개가 충돌하지 않고 서로 매우 가깝게 지나갈 때 하나가 광자를 방출하는 것으로 생각할 수 있으며, 그러면 다른 방향으로 가는 납 이온과 충돌합니다."라고 Schenke는 말했습니다. "이러한 이벤트는 많이 발생합니다. 이온이 서로 정확하게 충돌하는 것보다 간신히 놓치는 것이 더 쉽습니다!" ATLAS 과학자들은 최근 이러한 광자 핵 충돌에서 나오는 흥미로운 흐름과 같은 신호에 대한 데이터를 발표했습니다. 볼더에 있는 콜로라도 대학교 대학원생이었을 때 분석을 위한 ATLAS 트리거 시스템 설정을 도왔던 컬럼비아 대학교 물리학자 Blair Seidlitz는 "우리는 이러한 고유한 충돌을 찾아내기 위해 특별한 데이터 수집 기술을 설정해야 했습니다"라고 말했습니다. . "충분한 데이터를 수집한 후, 우리는 납-납 및 양성자-납 충돌에서 관찰된 것과 유사한 흐름과 유사한 신호를 발견하고 놀랐습니다. Schenke와 그의 협력자들은 이론적 계산이 입자 흐름 패턴을 정확하게 설명할 수 있는지 알아보기 시작했습니다. 그들은 납-납 및 양성자-납 충돌 시스템에서 생성된 입자의 거동을 설명하는 동일한 유체 역학 계산을 사용했습니다. 그러나 그들은 양성자에서 광자로 변화하는 납 핵을 강타하는 "발사체"를 설명하기 위해 약간의 조정을 했습니다. 물리 법칙(구체적으로는 양자 전기 역학)에 따르면 광자는 양자 요동을 거쳐 동일한 양자 수를 가진 다른 입자가 될 수 있습니다. 글루온에 의해 함께 유지되는 쿼크와 반쿼크의 특정 조합으로 만들어진 입자인 rho meson은 이러한 광자 변동의 가장 가능성 있는 결과 중 하나입니다. 세 개의 쿼크로 구성된 양성자를 다시 생각해 보면 이 두 개의 쿼크 로 입자는 복잡성 사다리에서 한 단계 아래로 내려간 것입니다. "양성자 내부의 3개 쿼크 주변에 글루온 분포를 갖는 대신, 우리는 핵과 충돌할 주변에 글루온 분포가 있는 2개의 쿼크(쿼크-반쿼크)가 있습니다."라고 Schenke는 말했습니다. 에너지 회계 계산은 또한 양성자-납 및 특히 납-납과 비교하여 이러한 광자-핵 충돌 시스템에서 에너지의 큰 차이를 설명해야 했습니다. "납과 충돌하는 방출된 광자는 그것이 나온 납 핵의 전체 운동량을 전달하지 못하지만 그 중 극히 일부만 전달합니다. 따라서 충돌 에너지는 훨씬 낮을 것입니다."라고 Schenke는 말했습니다. 그 에너지 차이는 발사체의 변화보다 훨씬 더 중요하다는 것이 밝혀졌습니다. 가장 활발한 납-납 또는 금-금 중이온 충돌에서 충돌하는 빔을 가로지르는 평면에서 나타나는 입자 패턴은 일반적으로 빔라인을 따라 충돌 지점에서 얼마나 멀리(세로 방향으로) 보더라도 지속됩니다. 그러나 Schenke와 동료들이 저에너지 광자-납 충돌에서 나올 것으로 예상되는 입자의 패턴을 모델링했을 때 세로 방향의 3D 세부 사항을 포함하는 것이 차이를 만든다는 것이 분명해졌습니다. 이 모델은 세로 거리가 증가함에 따라 입자 분포의 기하학이 빠르게 변한다는 것을 보여주었습니다. 입자는 "상관 관계가 해제"됩니다. "입자는 종 방향 위치에 따라 다른 압력 구배를 보입니다."라고 Schenke는 설명했습니다. "따라서 이러한 저에너지 광자 리드 충돌의 경우 길이 방향으로 나갈수록 입자 분포가 더 빠르게 변하기 때문에 전체 3D 유체 역학 모델(더 많은 계산이 필요함)을 실행하는 것이 중요합니다."라고 그는 말했습니다. 이론가들이 ATLAS 검출기에 의한 광자-납 충돌에서 관찰된 입자 유동 패턴과 이 저에너지, 완전한 3D 유체역학 모델을 사용하여 예측을 비교했을 때, 데이터와 이론은 적어도 가장 명백한 타원 유동 패턴에 대해 잘 일치했습니다. , Schenke가 말했다. 시사점과 미래 쉔케는 “이 결과로부터 광자가 많은 이온 충돌에서도 유체역학에 의해 설명된 것처럼 초기 충돌 기하학에 반응하는 강하게 상호 작용하는 유체가 있다고 생각할 수 있는 것 같다”고 말했다. "에너지와 온도가 충분히 높으면 쿼크-글루온 플라스마가 있을 것입니다."라고 그는 덧붙였습니다. Brookhaven Lab의 이론가인 Bjoern Schenke는 "광자가 많은 이온 충돌에서 강하게 상호 작용하는 유체가 있다고 생각할 수 있습니다."라고 말했습니다. ATLAS 물리학자 자이들리츠(Seidlitz)는 "쿼크-글루온 플라스마의 작은 방울 형성을 시사하는 이러한 결과와 이 이론적 분석이 왜 흐름 신호가 약간 더 작은지에 대한 구체적인 설명을 제공하는 방법을 보는 것은 매우 흥미로웠습니다. 광자-납 충돌에서." 향후 몇 년 동안 RHIC 및 LHC에서 ATLAS 및 기타 실험에서 수집할 추가 데이터를 통해 광자 핵 충돌에서 흐르는 입자에 대한 보다 자세한 분석이 가능해질 것입니다. 이러한 분석은 유동 패턴이 초기 형상에 대한 시스템의 응답 결과가 아닌 다른 가능한 설명과 유체역학적 계산을 구별하는 데 도움이 됩니다. 장기적으로 Brookhaven Lab에서 향후 10년 내에 언젠가 RHIC를 대체할 계획인 시설인 전자 이온 충돌기(EIC)에서의 실험은 더 결정적인 결론을 제공할 수 있습니다. 출처 : <a href="https://www.sciencedaily.com/" target="_blank" class="ke-link">https://www.sciencedaily.com/</a>