Forskere ser nærmere på den perfekte væske

Forskere har rapporteret nye spor til at løse et kosmisk problem:Hvordan kvark-gluonplasmaet-naturens perfekte væske-udviklede sig til stof.

Et par milliontedele af et sekund efter Big Bang, det tidlige univers tog en mærkelig ny tilstand:en subatomær suppe kaldet kvark-gluonplasma.

Og for bare 15 år siden, et internationalt team inklusive forskere fra gruppen Relativistic Nuclear Collisions (RNC) ved Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) opdagede, at dette kvark-gluonplasma er en perfekt væske-hvori kvarker og gluoner, byggestenene til protoner og neutroner, er så stærkt koblet, at de flyder næsten friktionsfrit.

Forskere postulerede, at meget energiske partikeldyser flyver gennem kvark-gluonplasmaet-en dråbe på størrelse med atomets kerne-med hurtigere hastigheder end lydens hastighed, og det som et hurtigt flyvende jetfly, udsender et supersonisk boom kaldet en Mach -bølge. For at studere egenskaberne af disse jetpartikler, i 2014 var et team ledet af Berkeley Lab-forskere banebrydende for en atomart røntgenbillede teknik kaldet jet tomografi. Resultater fra disse sædvanlige undersøgelser afslørede, at disse jetfly spredes og mister energi, når de formerer sig gennem kvark-gluonplasma.

Men hvor begyndte jetpartiklernes rejse inden for kvark-gluonplasma? Et mindre Mach -bølgesignal kaldet diffusionsvågnen, forskere forudsagde, ville fortælle dig, hvor du skal kigge. Men mens energitabet var let at observere, Mach -bølgen og dertilhørende diffusionsvandring forblev undvigende.

Nu, i en undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , forskerne fra Berkeley Lab rapporterer om nye resultater fra modelsimuleringer, der viser, at en anden teknik, de opfandt, kaldet 2D jet tomografi, kan hjælpe forskere med at finde diffusionsvågens spøgelsesagtige signal.

"Dets signal er så lille, det er som at lede efter en nål i en høstak på 10, 000 partikler. For første gang, vores simuleringer viser, at man kan bruge 2D jet tomografi til at opfange de bittesmå signaler fra diffusionsvågnen i kvark-gluonplasma, "sagde studieleder Xin-Nian Wang, en seniorforsker i Berkeley Labs Nuclear Science Division, der var en del af det internationale team, der opfandt 2D jet tomografi teknikken.

For at finde den supersoniske nål i kvark-gluon høstakken, Berkeley Lab-teamet slog igennem hundredtusinder af bly-kernekollisionshændelser simuleret ved Large Hadron Collider (LHC) på CERN, og guld-kernekollisionsbegivenheder ved Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) på Brookhaven National Laboratory. Nogle af computersimuleringerne til den aktuelle undersøgelse blev udført på Berkeley Labs NERSC -supercomputer -brugerfacilitet.

Wang siger, at deres unikke tilgang "vil hjælpe dig med at slippe af med alt dette hø i din stak - hjælpe dig med at fokusere på denne nål." Jetpartiklernes supersoniske signal har en unik form, der ligner en kegle - med et diffusionsvågnende bagved, som krusninger af vand i kølvandet på en båd i hurtig bevægelse. Forskere har søgt efter beviser for dette supersoniske "wakelet", fordi det fortæller dig, at der er en udtømning af partikler. Når diffusionsvågnet er placeret i kvark-gluonplasma, du kan skelne dets signal fra de andre partikler i baggrunden.

Deres arbejde vil også hjælpe eksperimentelle på LHC og RHIC med at forstå, hvilke signaler de skal kigge efter i deres søgen efter at forstå, hvordan kvark-gluonplasmaet-naturens perfekte væske-udviklede sig til stof. "Hvad er vi lavet af? Hvordan så spædbarnsuniverset ud i de få mikrosekunder efter Big Bang? Dette er stadig i gang, men vores simuleringer af det længe søgte diffusionsvækst får os tættere på at besvare disse spørgsmål, " han sagde.