﻿낮은 에너지에서 쿼크-글루온 플라즈마 생산이 '꺼진다'는 명확한 신호

낮은 에너지에서 쿼크-글루온 플라즈마 생산이 '꺼진다'는 명확한 신호 날짜: 2023년 2월 27일 원천: DOE/브룩헤이븐 국립 연구소 요약: 물리학자들은 상대론적 중이온 충돌기(RHIC)에서 금 핵의 충돌에서 특이한 물질 상태의 생성이 충돌 에너지를 낮춤으로써 '꺼질' 수 있다는 새로운 증거를 보고합니다. 이 발견은 물리학자들이 쿼크-글루온 플라즈마(Quark-Gluon Plasma, QGP)로 알려진 이국적인 물질이 존재할 수 있는 온도와 밀도 조건을 파악하고 핵 물질 단계의 주요 특징을 식별하는 데 도움이 될 것입니다. 전체 이야기 물리학자들은 미국 에너지부(DOE) Brookhaven 국립 연구소의 원자 분쇄기인 RHIC(상대론적 중이온 충돌기)에서 금 핵의 충돌에서 특이한 물질 상태의 생성이 "전환될 수 있다는 새로운 증거를 보고합니다. 충돌 에너지를 낮춤으로써 "off". "꺼짐" 신호는 이러한 충돌에서 생성된 양성자 분포의 "고차" 특성을 설명하는 데이터에서 음수에서 양수로의 부호 변화로 나타납니다. RHIC의 STAR Collaboration in Physical Review Letters 에서 방금 발표한 이 발견은 물리학자들이 쿼크-글루온 플라스마(QGP)로 알려진 이질적인 물질이 존재할 수 있는 온도와 밀도의 조건을 파악하고 이 물질의 주요 특징을 식별하는 데 도움이 될 것입니다. 핵 물질의 단계. 쿼크와 글루온을 "해제" QGP 생성 및 연구는 RHIC 연구의 핵심 목표였습니다. 충돌기가 2000년에 작동을 시작한 이래 광범위한 측정 결과 원자핵의 가장 강력한 충돌(2000억 전자 볼트(GeV))이 양성자와 중성자의 경계를 "용해"하여 자유롭게 설정하는 것으로 나타났습니다. 덧없는 순간, 일반적인 핵 입자를 구성하는 쿼크와 글루온. 다양한 측정 결과 QGP가 19.6 GeV까지 존재하는 것으로 나타났습니다. 새로운 분석에서는 RHIC 빔 에너지 스캔의 첫 번째 단계에서 RHIC의 STAR 검출기로 수집한 데이터를 사용하여 쿼크와 글루온의 열화 상태 생성이 꺼지는 에너지를 체계적으로 검색했습니다. "우리는 10개의 충돌 에너지를 분석했습니다. 200 GeV의 질량 중심 에너지는 두 개의 금 빔 사이에서 RHIC의 가장 높은 충돌 에너지인 200 GeV에서 하나의 금 빔이 고정된 금 타겟과 충돌하는 3 GeV까지 내려갔습니다."라고 Ashish Pandav는 말했습니다. 현재 DOE의 로렌스 버클리 국립 연구소(LBNL)에 주둔하고 있는 인도 국립 과학 교육 연구 연구소(NISER)의 학생입니다. "이 데이터는 우리에게 핵 물질이 온도와 밀도에 따라 어떻게 변화하는지에 대한 지도인 핵 위상 다이어그램의 현재까지 가장 광범위한 범위를 제공합니다." 각 충돌 에너지에서 QGP가 생성되었는지 여부를 결정하기 위해 과학자들은 각 충돌 이벤트에서 생성된 양성자의 분포를 조사했습니다. 체계적인 분석 NISER의 물리학 교수인 Bedangadas Mohanty는 "우리는 사건별로 양성자 수에서 생성된 반양성자 수를 뺀 순 양성자 생산의 분포를 측정했습니다."라고 말했습니다. Mohanty와 STAR 팀은 평균값, 분산, 데이터의 왜곡 정도 등 분포의 다양한 특성에 대한 데이터를 5 차 및 6 차 특성 까지 분석했습니다. 그런 다음 그들은 이산 시공간 격자에서 시뮬레이션된 쿼크와 글루온의 상호 작용을 설명하는 이론인 양자 색역학(Quantum Chromodynamics, QCD) 방정식을 사용하여 계산된 예측과 관찰 결과를 비교했습니다. Mohanty는 "QCD의 이러한 수치 시뮬레이션에는 내장된 열화된 쿼크-글루온 플라즈마의 형성이 있으므로 데이터가 예측과 일치하면 QGP가 존재한다는 증거입니다."라고 말했습니다. 계층적 순서 QCD 계산은 순 양성자 분포 특성의 계층적 순서를 예측하고 이러한 특성 간의 특정 관계는 모두 음수 값을 가져야 합니다. STAR 데이터는 이러한 열역학적 패턴이 일반적으로 가장 낮은 충돌 에너지를 제외하고는 지속됨을 나타냅니다. "우리는 200 GeV에서 RHIC 충돌이 QGP를 생성한다는 것을 알고 있지만 다음 에너지인 62.4 GeV, 54.4 GeV, 39, 27, 19.6은 어떻습니까?" LBNL의 물리학자이자 STAR의 전 대변인인 Nu Xu는 말했습니다. "이러한 모든 에너지에서 예측된 계층 구조와 음수 값을 찾았습니다. 즉, 이러한 에너지의 데이터가 모두 열화 QGP와 일치한다는 의미입니다." 19.6 GeV 미만에서는 이러한 측정에 대한 불확실성의 범위를 나타내는 오차 막대가 컸지만 데이터는 계속해서 예측과 일치했습니다. "이러한 에너지에 대해서는 더 많은 데이터가 필요합니다."라고 Xu는 말했습니다. 그러나 가장 낮은 에너지인 3GeV에서 과학자들은 극적인 변화를 목격했습니다. 분석된 특성 간의 계층 구조 순서가 바뀌었고 주요 관계의 기호도 음수에서 양수로 바뀌었습니다. "이 부호 변화는 쿼크-글루온 플라즈마의 형성이 RHIC의 가장 낮은 충돌 에너지에서 꺼진다는 첫 번째 원리 계산에 의해 뒷받침되는 강력한 표시입니다."라고 Xu는 말했습니다. 수학의 확실성 과학자들의 확신은 그들이 사용한 비교가 쿼크-글루온 상호작용의 근사치에 기반한 모델이 아니라 QGP의 순수한 수학적 설명에서 나온 것이라는 사실에 의해 추진됩니다. 그들은 뉴턴의 법칙(힘 = 질량 x 가속도) 또는 얼마나 멀리 이동할 수 있는지에 대한 속도의 영향(속도 x 시간 = 거리)을 이해하는 것과 같은 고전 물리학의 가장 간단한 방정식을 풀기 위해 이 "제1원리" 접근 방식을 비유합니다. "이 경우 훨씬 더 복잡한 방정식을 가진 QCD를 사용하여 쿼크와 글루온의 상호 작용을 해결하고 있습니다."라고 Mohanty는 말했습니다. 이 작업에는 Brookhaven Lab의 RHIC 및 ATLAS Computing Facility(RACF), LBNL의 National Energy Research Scientific Computing Center(NERSC) 및 Open Science Grid 컨소시엄을 포함하여 강력한 컴퓨터가 필요했습니다. "4D 시공간 격자에서 쿼크-글루온 상호 작용을 고려하는 방정식을 풀기 위한 접근 방식인 이러한 컴퓨팅 리소스와 격자 QCD는 보존된 전하의 고차 특성의 동작에 대한 정확한 예측을 할 수 있는 능력을 크게 발전시켰습니다. QCD 예측에 관한 논문을 공동 저술한 독일 빌레펠트 대학의 전 Brookhaven Lab 이론가인 Frithjof Karsch는 말했습니다. "RHIC의 실험 데이터에 의해 확인된 첫 번째 원칙 계산의 이러한 예측을 보는 것은 흥미진진합니다." 과학자들은 RHIC의 Beam Energy Scan II(BES II) 데이터를 분석하여 자신의 발견과 QGP 꺼짐 지점 검색에 대한 확신을 더욱 강화하기를 희망합니다. 그 데이터 모음은 특히 19.6 GeV 미만의 에너지에 대한 모든 결과의 불확실성을 좁힐 것입니다. "열화 시스템에서 우리는 200 GeV에서 62 GeV까지 19.6까지 매끄러운 패턴을 볼 수 있습니다. 그런 다음 20과 3 GeV 사이에서 '울퉁불퉁한' 것을 볼 수 있습니다."라고 Xu는 말했습니다. 순 양성자 생산의 변동에 대한 이전의 분석은 울퉁불퉁함이 일반적인 핵 물질 변화로부터 QGP가 형성되는 방식에서 온도와 압력의 특정 조합을 나타낼 수 있다고 제안했습니다. 이러한 결과와 BES II의 데이터 추가는 소위 임계점에 대한 검색 범위를 좁히는 데 도움이 될 것입니다. Xu는 "모두 관련이 있습니다."라고 말했습니다. 이 연구는 DOE Office of Science, US National Science Foundation 및 논문에 나열된 다양한 국제 자금 지원 기관의 지원을 받았습니다. RHIC 운영은 DOE Office of Science에서 자금을 지원합니다. RHIC 및 NERSC는 DOE Office of Science 사용자 시설입니다. 출처 : <a href="https://www.sciencedaily.com/" target="_blank" class="ke-link">https://www.sciencedaily.com/</a>