Ildstriber dannes ved kollisioner af atomkerner

Ved meget høje energier, kollisionen af ​​massive atomkerner i en accelerator genererer hundredvis eller endda tusinder af partikler, der gennemgår mange interaktioner. Fysikere ved Institute of Nuclear Physics ved det polske videnskabsakademi i Krakow, Polen, har vist, at forløbet af denne komplekse proces kan repræsenteres af en overraskende simpel model:Ekstremt varmt stof bevæger sig væk fra slagpunktet, strækker sig langs den oprindelige flyvesti i striber, og jo længere rækken er fra kollisionsplanet, jo større er dens hastighed.

Når to massive atomkerner kolliderer ved høje energier, den mest eksotiske form af stof dannes-et kvark-gluonplasma, der opfører sig som en perfekt væske. Disse teoretiske overvejelser viser, at efter indvirkning, plasmaet dannes til striber langs slagretningen, bevæger sig hurtigere, jo længere væk den bevæger sig fra kollisionsaksen. Modellen, dets forudsigelser og konsekvenserne for hidtil eksperimentelle data præsenteres i journalen Fysisk gennemgang C .

Kollisioner af atomkerner sker ekstremt hurtigt og på afstande fra blot hundredvis af femtometre (dvs. hundreder af milliontedele af en milliarddel af en meter). De fysiske forhold er usædvanligt sofistikerede, og direkte observation af fænomenet er i øjeblikket ikke mulig. I sådanne situationer, videnskaben klarer sig ved at konstruere teoretiske modeller og sammenligne deres forudsigelser med data indsamlet i eksperimenter. I tilfælde af disse kollisioner, imidlertid, en enorm ulempe er, at det resulterende konglomerat af partikler er kvark-gluonplasma. Interaktioner mellem kvarker og gluoner domineres af kræfter, der er så stærke og komplekse, at moderne fysik ikke er i stand til at beskrive dem præcist.

"Vores gruppe besluttede at fokusere på de elektromagnetiske fænomener, der opstår under kollisionen, fordi de er meget lettere at udtrykke i matematiksproget. Som et resultat heraf, vores model viste sig at være enkel nok til, at vi kunne bruge principperne for energi og bevarelse af momentum uden for store problemer. Senere, fandt vi ud af, at trods de vedtagne forenklinger, modelforudsigelserne forbliver mindst 90 procent i overensstemmelse med eksperimentelle data, "siger Dr. Andrzej Rybicki (IFJ PAN).

Massive atomkerner accelereret til høje hastigheder, observeret i laboratoriet, er fladtrykt i bevægelsesretningen som følge af relativitetsteoriens virkninger. Når to sådanne proton-neutron 'pandekager' flyver mod hinanden, kollisionen er generelt ikke central - kun nogle af protonerne og neutronerne i den ene kerne når den anden, indgå i voldelige interaktioner og danne kvark-gluonplasma. På samme tid, nogle af de ydre fragmenter af kernepandekagerne støder ikke på nogen forhindringer på deres vej, og fortsætte deres uafbrudte flyvning; i fysikernes jargon, de kaldes "tilskuere".

"Vores arbejde var inspireret af data indsamlet i tidligere forsøg med atomkollisioner, herunder disse fremstillet ved SPS -acceleratoren. De elektromagnetiske virkninger, der forekommer ved disse kollisioner, som vi undersøgte, viste, at kvark-gluonplasmaet bevæger sig med en højere hastighed, jo tættere det er på tilskuerne, "siger Dr. Rybicki.

For at gengive dette forløb af fænomenet, fysikerne fra IFJ PAN besluttede at opdele kernerne langs bevægelsesretningen i en række strimler - 'mursten'. Hver kerne i tværsnit lignede således en bunke stablede mursten (i modellen, deres højde var en femtometer). I stedet for at overveje de komplekse stærke vekselvirkninger og strømninger af momentum og energi mellem hundredvis og tusinder af partikler, modellen reducerede problemet til flere dusin parallelle kollisioner, hver forekommende mellem to proton-neutronsten.

IFJ PAN -forskerne konfronterede modelens forudsigelser med data indsamlet fra kollisioner af massive kerner målt ved NA49 -eksperimentet ved Super Proton Synchrotron (SPS). Denne accelerator er placeret ved CERN European Nuclear Research Organization nær Genève, hvor en af ​​dens vigtigste opgaver nu er at accelerere partikler skudt ind i LHC -acceleratoren.

"På grund af omfanget af tekniske vanskeligheder, NA49 -eksperimentets resultater er underlagt specifikke måleusikkerheder, der er vanskelige helt at reducere eller eliminere. I virkeligheden, nøjagtigheden af ​​vores model kan endda være større end de allerede nævnte 90 procent. Dette giver os ret til at sige, at selvom der var yderligere, stadig ikke inkluderet, fysiske mekanismer i kollisionerne, de bør ikke længere i væsentlig grad påvirke modellens teoretiske ramme, "siger doktorand Miroslaw Kielbowicz (IFJ PAN).

Efter at have udviklet modellen for kollisioner af 'murstenstakke, 'IFJ PAN -forskerne opdagede, at en meget lignende teoretisk struktur, kaldet 'brand streak -modellen, 'var allerede blevet foreslået af en gruppe fysikere fra Lawrence Berkeley Laboratory (USA) og Saclay Nuclear Research Center i Frankrig i 1978.

"Den tidligere model af brandstriber, som, faktisk, vi nævner i vores publikation, blev bygget til at beskrive andre kollisioner, der forekommer ved lavere energier. Vi har skabt vores struktur uafhængigt og for et andet energiområde, "siger prof. Antoni Szczurek (IFJ PAN, University of Rzeszow) og understreger:"Eksistensen af ​​to uafhængige modeller baseret på en lignende fysisk idé og svarende til målinger i forskellige energiområder for kollisioner øger sandsynligheden for, at det fysiske grundlag, som disse modeller er bygget på, er korrekt."

Cracow brand streak-modellen giver nye oplysninger om udvidelsen af ​​kvark-gluonplasma i højenergikollisioner af massive atomkerner. Undersøgelsen af ​​disse fænomener udvides yderligere inden for rammerne af et andet internationalt eksperiment, NA61/SHINE ved SPS -acceleratoren.