Måling af temperaturer svarende til dem, der forekommer ved stjernekollisioner i laboratoriet

Kollisioner mellem neutronstjerner er fascinerende kosmiske begivenheder, der fører til dannelsen af ​​mange kemiske elementer. Temperaturerne under disse kollisioner er eksponentielt høje, typisk når op til hundredvis af milliarder grader Celsius.

HADES -samarbejdet, et stort team af forskere, der arbejder på forskellige universiteter verden over, har for nylig samlet den allerførste måling af den termiske elektromagnetiske stråling, der produceres under stjernekollisioner, kendt som sort kropsstråling, i et laboratorium. Deres undersøgelse, beskrevet i et papir udgivet i Naturfysik , har ført til observation af temperaturer på cirka 800 milliarder grader celsius, som er sammenlignelige med dem, der forekommer under stjernekollisioner.

"I vores undersøgelse, vi smadrede kerner (f.eks. guldkerner) ved relativistiske energier på hovedet, "Joachim Stroth, talsmand for HADES -samarbejdet, fortalte Phys.org. "Dette producerer former for stof under forhold, der ikke eksisterer normalt. Kun neutronstjerner når sådanne tætheder (eller endnu højere), og når neutronstjerner smelter sammen, deres temperatur kan blive lige så høj som i vores eksperiment. Derfor kan vi danne en kosmisk type stof i laboratoriet. "

I deres undersøgelse, Stroth og hans kolleger brugte HADES -detektorsystemet ved GSI/FAIR -acceleratorcentret i Darmstadt til at indsamle ny indsigt i sammenstød mellem to tunge kerner ved relativistiske energier. Dette tillod dem at indsamle dybdegående laboratorieobservationer af de mikroskopiske egenskaber ved ekstrem, kosmisk-lignende materielle tilstande.

Forskerne skabte specifikt kvantekromodynamik (QCD) stof som en forbigående tilstand ved at kollidere tunge ioner ved relativistiske energier. Denne type stof kan eksistere i forskellige faser afhængigt af en række faktorer, inklusive temperatur, tryk og baryokemisk potentiale.

Ved at observere QCD -materiens tilstande, forskerne håbede på at få en bedre forståelse af neuronstjernemateriale og kollisioner. Et centralt spørgsmål, de satte sig for at undersøge, var om bestanddelene i kerner, som i det væsentlige er materiens byggesten, kan ændre deres egenskaber under ekstreme forhold.

"Vi målte den elektromagnetiske stråling derved udsendes fra ildkuglerne dannet ved kollisionen, "Stroth forklarede. Denne stråling kan fortælle os meget om bestanddelernes egenskaber. Men dette er en vanskelig måling at opnå, da ildkuglerne lever i meget kort tid (10 ^-22 s) og strålingen udsendes sjældent. "

Hadroner er sammensatte partikler lavet af tre kvarker (baryon) af en antikværk og en kvark (meson) holdt sammen af ​​den stærke kraft. Når disse partikler henfalder, de producerer nogle gange virtuelle fotoner, som er fotoner, der ikke direkte kan detekteres, fordi deres eksistens krænker bevarelse af energi og momentum.

Disse virtuelle fotoner, som indeholder alle oplysninger om de forfaldne subatomære partikler, henfalder også straks til par af elektroner (dvs. en elektron og en positron). I deres undersøgelse, Stroth og hans kolleger opdagede disse partikler ved hjælp af et spektrometer.

"Vi observerede, at temperaturen i kollisionszonen kan nå 800 milliarder grader, og tætheden kan være så høj som tre gange atommætningstæthed, "Sagde Stroth." Vi finder ud af, at under sådanne betingelser er byggestenene i stoffet væsentligt ændret. Dette betyder også, at materieegenskaberne er meget forskellige, som om byggestenene bare bevarer deres ejendomme. "

HADES -samarbejdet er det første forskergruppe, der med succes måler temperaturer, der ligner dem, der forekommer under stjernekollisioner i et laboratorium. Dette teams resultater kan betydeligt forbedre den nuværende videnskabelige forståelse af neutronstjernefusionsbegivenheder, samtidig kaster lys over produktionen af ​​stof fra elementære kvarker og gluoner.

"Vi er i øjeblikket ved at bygge et efterfølgereksperiment for HADES, som vil blive opereret på det nye FAIR -anlæg med start i 2025, "Sagde Stroth." Med denne detektor vil vi kunne udvide målingerne til højere temperaturer og tæthed. "

© 2019 Science X Network