CERN-forskere måler lydens hastighed i kvark-gluon-plasmaet mere præcist end nogensinde før
Neutronstjerner i universet, ultrakolde atomgasser i laboratoriet og kvark-gluon-plasmaet skabt i kollisioner af atomkerner ved Large Hadron Collider (LHC):de kan virke fuldstændig uafhængige, men overraskende nok har de noget til fælles. De er alle en væskelignende tilstand af stof, der består af stærkt interagerende partikler. Indsigt i egenskaberne og adfærden af enhver af disse næsten perfekte væsker kan være nøglen til at forstå naturen på tværs af skalaer, der er størrelsesordener fra hinanden.
I et nyt papir rapporterer CMS-samarbejdet den mest præcise måling til dato af den hastighed, hvormed lyd bevæger sig i kvark-gluon-plasmaet, hvilket giver ny indsigt i denne ekstremt varme tilstand af stof.
Lyd er en langsgående bølge, der bevæger sig gennem et medium og producerer kompressioner og sjældnerier af stof i samme retning som dets bevægelse. Lydens hastighed afhænger af mediets egenskaber, såsom dets tæthed og viskositet. Det kan derfor bruges som en probe af mediet.
Ved LHC dannes kvark-gluonplasmaet ved kollisioner mellem tunge ioner. I disse kollisioner aflejres der i en meget lille brøkdel af et sekund en enorm mængde energi i et volumen, hvis maksimale størrelse er atomets kerne. Kvarker og gluoner, der dukker op fra kollisionen, bevæger sig frit inden for dette område, hvilket giver en væskelignende tilstand af stof, hvis kollektive dynamik og makroskopiske egenskaber er godt beskrevet af teori.
Lydens hastighed i dette miljø kan opnås fra den hastighed, hvormed trykket ændrer sig som reaktion på variationer i energitæthed eller alternativt fra den hastighed, hvormed temperaturen ændres som reaktion på variationer i entropi, som er et mål for uorden i en system.
Ved kollisioner med tunge ioner kan entropien udledes af antallet af elektrisk ladede partikler, der udsendes fra kollisionerne. Temperaturen kan på den anden side udledes af disse partiklers gennemsnitlige tværgående momentum (dvs. momentum på tværs af kollisionsaksen).
Ved hjælp af data fra bly-bly-kollisioner ved en energi på 5,02 billioner elektronvolt pr. par nukleoner (protoner eller neutroner) har CMS-samarbejdet for første gang målt, hvordan temperaturen varierer med entropien i centrale tung-ion-kollisioner, hvor ioner støder frontalt sammen og overlapper næsten fuldstændigt.
Fra denne måling opnåede de en værdi for lydens hastighed i dette medie, der er næsten halvdelen af lysets hastighed og har rekordpræcision:i enheder af lysets hastighed er lydens kvadrerede hastighed 0,241, med en statistisk usikkerhed på 0,002 og en systematisk usikkerhed på 0,016. Ved at bruge det gennemsnitlige tværgående momentum bestemte de også den effektive temperatur af kvark-gluon-plasmaet til 219 millioner elektronvolt (MeV), med en systematisk usikkerhed på 8 MeV.
Resultaterne matcher den teoretiske forventning og bekræfter, at kvark-gluon-plasmaet fungerer som en væske lavet af partikler, der bærer enorme mængder energi.
Artiklen er udgivet på arXiv preprint server.
Flere oplysninger: Udvinding af lydens hastighed i det stærkt interagerende stof skabt i ultrarelativistiske bly-bly-kollisioner ved LHC, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2401.06896
Journaloplysninger: arXiv
Leveret af CERN
Varme artikler
-
Et hulrum fører til et stærkt samspil mellem lys og stofEt mikroskopisk hulrum af to stærkt reflekterende spejle bruges til at tillade et lukket kunstigt atom (kendt som en kvantepunkt) at interagere med en enkelt foton. En foton udsendes og reabsorberes o -
Undersøgelse afslører årsagen til 3-D asymmetri i inerti indeslutning fusion implosionerDette er en HYDRA-simulering af en ICF-implosion med en pålagt HDC-skaltykkelsesasymmetri. Resultatet plottet her er en væsentligt forvrænget skal ved topkomprimering (baggrundsfarveskala) sammen med -
En intelligent kvantesensor, der samtidig registrerer lysets intensitet, polarisering og bølgelæng…Kunstnerisk gengivelse af den intelligente sanseproces:kvantegeometriske egenskaber bestemmer fotoresponserne, som derefter fortolkes af et neuralt netværk. Kredit:Xia group Et team af forskere har -
Undersøgelse afslører nye superioniske tilstande af helium-vandforbindelserAdfærd for H- og He-atomer sammenlignet med O-atomer i Fd-3m He2H2O fra AIMD-simuleringer ved 1, 600 K, 2, 000 K og 2, 300 K. (a – c) De gennemsnitlige MSDer for H, Han og O atomer fra AIMD -simulerin
- Mørk inflation åbner et gravitationsvindue i de første øjeblikke efter Big Bang
- Kemiker låser op for plastikalternativer ved hjælp af proteiner og tøjrester
- SnotBot -dronen gør videnskabelig forskning lettere på hvaler
- Retten beordrer Frankrig til at fastsætte mangel på drivhusgasser
- Hvad jeg så i mit halvandet år på en charterskole uden undskyldninger
- Et trick til at tæmme terahertz -transmissioner