Ученые решили одну из космических головоломок
Новые исследования лаборатории Беркли приближают нас к пониманию того, как возникла наша Вселенная.
Ученые сообщили о новых ключах к разгадке космической загадки: как кварк-глюонная плазма — идеальная природная жидкость — превратилась в материю.
Исследование недавно было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Через несколько миллионных долей секунды после Большого взрыва ранняя Вселенная приняла странное новое состояние: субатомный суп, называемый кварк-глюонной плазмой.
И всего 15 лет назад международная группа, в которую входили исследователи из группы Релятивистских ядерных столкновений (RNC) в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (лаборатория Беркли), обнаружила, что эта кварк-глюонная плазма представляет собой идеальную жидкость, в которой кварки и глюоны являются строительными блоками, в которых протоны и нейтроны настолько сильно связаны, что текут почти без трения.
Ученые заявили, что высокоэнергетические струи частиц пролетают через кварк-глюонную плазму — каплю размером с ядро атома — со скоростью, превышающей скорость звука, и что, подобно быстро летящей струе, испускают сверхзвуковой удар, называемый волна Маха.
Чтобы изучить свойства этих частиц струи, в 2014 году группа ученых во главе с учеными из лаборатории Беркли впервые применила метод построения атомных рентгеновских изображений, названный струйной томографией. Результаты этих основополагающих исследований показали, что эти струи рассеиваются и теряют энергию при распространении через кварк-глюонную плазму.
Но где же в кварк-глюонной плазме началось началось путешествие частиц струи? По прогнозам ученых, более слабый сигнал волны Маха, называемый диффузионным следом, подскажет, где искать. Но хотя потерю энергии было легко наблюдать, волна Маха и сопровождающий ее диффузионный след оставались неуловимыми.
Это видео 2010 года описывает столкновения тяжелых частиц на коллайдере релятивистских тяжелых ионов Брукхейвенской национальной лаборатории. В 2005 году физики RHIC объявили, что материя, образовавшаяся в результате наиболее энергичных столкновений ускорителя, ведет себя как почти идеальная жидкость. Свойства этой жидкости, кварк-глюонной плазмы, помогают нам понять свойства материи в ранней Вселенной. Предоставлено: Брукхейвенская национальная лаборатория.
Теперь, в недавно опубликованном исследовании, ученые сообщают о новых результатах моделирования, показывающих, что другой изобретенный ими метод, называемый двухмерной струйной томографией, может помочь исследователям определить местонахождение призрачного сигнала диффузного следа.
Чтобы найти эту сверхзвуковую иглу в кварк-глюонном стоге сена, команда лаборатории Беркли провела анализ сотен тысяч событий столкновения ядер свинца, смоделированных на Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРНе , и событий столкновения ядер золота на коллайдер (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории. Некоторые компьютерные симуляции для текущего исследования были выполнены в пользовательском суперкомпьютере Berkeley Lab NERSC.
Ван говорит, что их уникальный подход «поможет вам избавиться от всего этого сена в вашем стоге — поможет вам сосредоточиться на этой игле». Сверхзвуковой сигнал частиц реактивной струи имеет уникальную форму, похожую на конус, с диффузным следом, тянущимся за ним, как водная рябь за быстро движущейся лодкой.
Ученые искали доказательства существования этого сверхзвукового «следа», потому что он говорит вам о том, что частицы истощаются. Как только диффузионный след находится в кварк-глюонной плазме, вы можете отличить его сигнал от других частиц фона.
Их работа также поможет экспериментаторам на LHC и RHIC понять, какие сигналы следует искать в их стремлении понять, как кварк-глюонная плазма — идеальная природная жидкость — превратилась в материю.
Ученые сообщили о новых ключах к разгадке космической загадки: как кварк-глюонная плазма — идеальная природная жидкость — превратилась в материю.
Исследование недавно было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Через несколько миллионных долей секунды после Большого взрыва ранняя Вселенная приняла странное новое состояние: субатомный суп, называемый кварк-глюонной плазмой.
И всего 15 лет назад международная группа, в которую входили исследователи из группы Релятивистских ядерных столкновений (RNC) в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (лаборатория Беркли), обнаружила, что эта кварк-глюонная плазма представляет собой идеальную жидкость, в которой кварки и глюоны являются строительными блоками, в которых протоны и нейтроны настолько сильно связаны, что текут почти без трения.
Ученые заявили, что высокоэнергетические струи частиц пролетают через кварк-глюонную плазму — каплю размером с ядро атома — со скоростью, превышающей скорость звука, и что, подобно быстро летящей струе, испускают сверхзвуковой удар, называемый волна Маха.
Чтобы изучить свойства этих частиц струи, в 2014 году группа ученых во главе с учеными из лаборатории Беркли впервые применила метод построения атомных рентгеновских изображений, названный струйной томографией. Результаты этих основополагающих исследований показали, что эти струи рассеиваются и теряют энергию при распространении через кварк-глюонную плазму.
Но где же в кварк-глюонной плазме началось началось путешествие частиц струи? По прогнозам ученых, более слабый сигнал волны Маха, называемый диффузионным следом, подскажет, где искать. Но хотя потерю энергии было легко наблюдать, волна Маха и сопровождающий ее диффузионный след оставались неуловимыми.
Это видео 2010 года описывает столкновения тяжелых частиц на коллайдере релятивистских тяжелых ионов Брукхейвенской национальной лаборатории. В 2005 году физики RHIC объявили, что материя, образовавшаяся в результате наиболее энергичных столкновений ускорителя, ведет себя как почти идеальная жидкость. Свойства этой жидкости, кварк-глюонной плазмы, помогают нам понять свойства материи в ранней Вселенной. Предоставлено: Брукхейвенская национальная лаборатория.
Теперь, в недавно опубликованном исследовании, ученые сообщают о новых результатах моделирования, показывающих, что другой изобретенный ими метод, называемый двухмерной струйной томографией, может помочь исследователям определить местонахождение призрачного сигнала диффузного следа.
«Его сигнал настолько мал, что это похоже на поиск иголки в стоге сена из 10 000 частиц. Наши симуляции впервые показывают, что можно использовать двумерную струйную томографию, чтобы уловить крошечные сигналы диффузионного следа в кварк-глюонной плазме», — сказал руководитель исследования Синь-Нянь Ван, старший научный сотрудник отдела ядерных наук лаборатории Беркли, также был частью международной команды, которая изобрела технику двухмерной струйной томографии.
Чтобы найти эту сверхзвуковую иглу в кварк-глюонном стоге сена, команда лаборатории Беркли провела анализ сотен тысяч событий столкновения ядер свинца, смоделированных на Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРНе , и событий столкновения ядер золота на коллайдер (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории. Некоторые компьютерные симуляции для текущего исследования были выполнены в пользовательском суперкомпьютере Berkeley Lab NERSC.
Ван говорит, что их уникальный подход «поможет вам избавиться от всего этого сена в вашем стоге — поможет вам сосредоточиться на этой игле». Сверхзвуковой сигнал частиц реактивной струи имеет уникальную форму, похожую на конус, с диффузным следом, тянущимся за ним, как водная рябь за быстро движущейся лодкой.
Ученые искали доказательства существования этого сверхзвукового «следа», потому что он говорит вам о том, что частицы истощаются. Как только диффузионный след находится в кварк-глюонной плазме, вы можете отличить его сигнал от других частиц фона.
Их работа также поможет экспериментаторам на LHC и RHIC понять, какие сигналы следует искать в их стремлении понять, как кварк-глюонная плазма — идеальная природная жидкость — превратилась в материю.
«Из чего мы сделаны? Как выглядела младенческая вселенная через несколько микросекунд после Большого взрыва? Работа над этим все еще продолжается, но наше моделирование долгожданного диффузионного следа приближает нас к ответу на эти вопросы», — сказал ученый.
