Vědci poprvé kvantifikovali, jak se kvark-gluonová hmota blíží rovnováze: Klíčem jsou srážky kyslíku v CERNu
InovaceVysokoenergetické jaderné srážky dokáží znovu vytvořit extrémní podmínky podobné těm v raném vesmíru. Při těchto srážkách vzniká kvark-gluonové plazma (QGP), horký stav hmoty, ve kterém kvarky a gluony již nejsou uvězněny uvnitř protonů a neutronů.
Vysokoenergetické jaderné srážky dokáží znovu vytvořit extrémní podmínky podobné těm v raném vesmíru. Při těchto srážkách vzniká kvark-gluonové plazma (QGP), horký stav hmoty, ve kterém kvarky a gluony již nejsou uvězněny uvnitř protonů a neutronů. Zatímco velké systémy, jako jsou srážky jader olova, mohou produkovat hmotu, která se chová jako tekutina, kolektivní chování bylo pozorováno i v menších systémech.
Srážky jader kyslíku (O+O) nabízejí mezilehlé prostředí, ale dosud nebylo jasné, zda produkovaná hmota dosahuje lokální tepelné rovnováhy, a tudíž se chová jako tekutina. Tým vědců pod vedením profesora Tetsufumi Hirana z Fakulty vědy a technologie na Sophia University v Tokiu, spolu s magisterským studentem Naoyou Ito, poprvé kvantitativně vyhodnotil, do jaké míry hmota vzniklá při vysokoenergetických srážkách kyslíku v CERNu dosahuje tepelné rovnováhy.
Výzkumníci použili model DCCI2 (dynamical core–corona initialization), který rozděluje hmotu dosahující lokální rovnováhy na „jádrovou“ složku a částice, které zůstávají nerovnovážné, do složky „korony“. Modelovali srážky O+O při energii 5,36 TeV a zkoumali, jak se mění rovnováha mezi těmito dvěma složkami s počtem nabitých částic produkovaných v blízkosti středu srážky. Jádro je v modelu popsáno jako rovnovážné médium, jehož vývoj lze popsat pomocí relativistické hydrodynamiky, zatímco korona představuje částice, které se plně nerovnováží. Tento přístup umožnil týmu kvantifikovat, kolik z produkované hmoty se chová kolektivně, aniž by se předpokládalo, že celý systém dosáhne rovnováhy.
Analýza odhalila jasný přechod se zvyšující se aktivitou srážky. Když multiplicita nabitých částic překročila přibližně 20, příspěvek rovnovážného jádra se stal větším než příspěvek korony. Korona však nezmizela ani při nejcentrálnějších srážkách O+O; stále tvořila přibližně 30 % celkového výtěžku hadronů. „Podařilo se nám poprvé kvantitativně objasnit, jak dalece se kvark-gluonová hmota produkovaná při srážkách kyslíku blíží tepelné rovnováze,“ uvedl Hirano. Výsledek naznačuje, že srážky O+O zaujímají mezilehlý režim mezi systémy dominovanými nerovnovážnými částicemi a těmi, ve kterých převládá kolektivní, tekuté chování.
Další analýza hybnosti částic ukázala, že příspěvek jádra obecně dominuje při nižších hybnostech, zatímco korona se stává stále důležitější při vyšších hybnostech. Tento přechod nastává při vyšší hybnosti u těžších částic, což odráží silnější impuls, který získávají z kolektivní expanze rovnovážného jádra. Vědci také zkoumali produkci podivných baryonů. Poměry podivných baryonů k nabitým pionům se zvyšovaly s multiplicitou srážky, ale zůstaly pod hodnotami očekávanými pro úplnou chemickou rovnováhu. Tento vzorec poskytuje další důkaz, že nerovnovážná složka přetrvává i s růstem rovnovážného příspěvku.