Kuark-gluon plazması, geleneksel olarak göreli hidrodinamik modeller kullanılarak tanımlanır ve ağır iyon çarpışmalarıyla deneysel olarak incelenir. Düşük enine momentum bölgesinde parçacık verimlerinin gözlemlenmesi ve bunların model tahminlerinde bulunmaması ile ilgili olarak teori ve deney arasında uzun süredir devam eden bir tutarsızlık vardır. Şimdi, Japonya’dan araştırmacılar, kayıp parçacık verimlerinin kaynağını belirleyen bir model önererek bu konuyu ele aldılar. Kredi: Tetsufumi Hirano, Sophia Üniversitesi, Japonya
Yeni Quark-Gluon Plazma Modeli, Teori ve Veriler Arasında Uzun Süren Bir Uyuşmazlığı Çözdü
Japonya’dan araştırmacılar bir roman sunuyor deneysel verilerle daha iyi uyuşan kuark-gluon plazmasını tanımlamaya yönelik teorik çerçeve.
Erken evrende maddenin ilkel formu olan kuark-gluon plazmanın (QGP) özellikleri geleneksel olarak açıklanır göreli hidrodinamik modeller kullanılarak. Bununla birlikte, bu modeller, deneysel verilerle çelişen düşük enine momentum bölgesinde düşük parçacık verimlerini tahmin etmektedir. Bu tutarsızlığı gidermek için, Japonya’dan araştırmacılar şimdi QGP’nin “çekirdek-korona” resmine dayanan ve korona bileşeninin gözlenen yüksek parçacık verimlerine katkıda bulunabileceğini öngören yeni bir çerçeve önermektedir.
Temel bilimde araştırma maddenin yeni tanımlanmış bir hali olan kuark-gluon plazmasının (QGP) varlığını erken evrenin bileşeni olarak ortaya çıkardı. Büyük Patlama’dan bir mikrosaniye sonra var olduğu bilinen, esasen bir kuark ve gluon çorbası olan QGP, zamanla soğuyarak protonlar ve nötronlar gibi tüm maddenin yapı taşları olan hadronları oluşturdu. QGP varken hüküm süren aşırı koşulları yeniden üretmenin bir yolu, göreli ağır iyon çarpışmalarıdır. Bu bağlamda, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ve Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC) gibi parçacık hızlandırıcı tesisler, bu tür çarpışmalara ilişkin deneysel verilerle QGP anlayışımızı ilerletti.
Bu arada, teorik fizikçiler, QGP mükemmel bir sıvı gibi davrandığından, verileri açıklamak için çok aşamalı göreli hidrodinamik modeller. Bununla birlikte, bu modeller ile düşük enine momentum bölgesindeki veriler arasında, hem geleneksel hem de hibrit modellerin deneylerde gözlemlenen parçacık verimlerini açıklayamadığı ciddi bir anlaşmazlık var.
Bu arka plana karşı. Sophia Üniversitesi’nden teorik fizikçi Profesör Tetsufumi Hirano liderliğindeki Japonya’dan bir araştırma ekibi, göreli hidrodinamik modellerde eksik parçacık verimlerini açıklamak için bir araştırma yaptı. Son çalışmalarında, yüksek enerjili nükleer çarpışmaları kapsamlı bir şekilde tanımlamak için yeni bir “dinamik çekirdek-korona başlatma çerçevesi” önerdiler. Bulguları, 18 Kasım 2022’de Physics Review C dergisinde yayınlandı ve Sophia Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olan Dr. Yuuka Kanakubo (Mevcut bağlantı: Finlandiya, Jyväskylä Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırma görevlisi) ve Yardımcı Doçent Yasuki’nin katkılarını içeriyordu. Japonya, Akita Uluslararası Üniversitesi’nden Tachibana.
“Teorik modelleme ile deneysel veriler arasındaki tutarsızlığı açıklayabilecek bir mekanizma bulmak için, parçacıkların işlem sırasında üretilen dinamik bir çekirdek-korona başlatma (DCCI2) çerçevesi kullandık. yüksek enerjili nükleer çarpışmalar iki bileşen kullanılarak tanımlanır: çekirdek veya dengelenmiş madde ve korona veya dengelenmemiş madde,” diye açıklıyor Prof. Hirano. “Bu resim, çekirdek ve korona bileşenlerinin düşük enine momentum bölgesinde hadron üretimine katkılarını incelememizi sağlıyor.”
Bunun yanı sıra, araştırmacılar PYTHIA (bir bilgisayar) üzerinde ağır iyon Pb-Pb çarpışma simülasyonları gerçekleştirdiler. simülasyon programı) DCCI2 çerçevelerini test etmek için 2,76 TeV enerjide. QGP sıvılarının dinamik olarak başlatılması, sırasıyla “anahtarlı hiper yüzey” ve “sicim parçalanması” yoluyla hadronizasyona tabi tutulan çekirdek ve korona bileşenlerinin ayrılmasına izin verdi. Bu hadronlar daha sonra enine momentum (pT) spektrumlarını elde etmek için rezonans bozunmalarına tabi tutuldu.
“Hadronik saçılmaları kapattık ve toplam verimin çekirdek ve korona bileşenlerine dökümünü görmek için yalnızca rezonans bozunmaları gerçekleştirdik, hadronik saçılmalar reaksiyonun geç aşamasında iki bileşeni karıştırdığından,” diye açıklıyor Dr. Kanakubo.
Araştırmacılar daha sonra yüklü pionların, yüklü kaonların ve 2.76 TeV’de çarpışmalar için protonlar ve antiprotonlar. Daha sonra, korona bileşenlerinin katkılarını ölçmek için bu spektrumları deneysel verilerden (2.76 TeV’de Pb-Pb çarpışmaları için LHC’deki ALICE dedektöründen) elde edilenlerle karşılaştırdılar. Son olarak, korona bileşenlerinden gelen katkıların akış değişkenleri üzerindeki etkilerini araştırdılar.
Hem %0-5 hem de %40-60 merkezilik için spektral bölgede yaklaşık 1 GeV’lik korona katkılarında göreli bir artış buldular. sınıflar. Bu, tüm hadronlar için doğru olsa da, çok düşük pT (≈ 0 GeV) bölgesindeki proton ve antiproton spektrumlarında parçacık üretimine neredeyse %50 korona katkısı buldular.
Ayrıca, tam DCCI2 simülasyonları, yalnızca hadronik saçılmalara sahip (korona bileşenlerini ihmal eden) çekirdek bileşenler karşılaştırıldığında, ALICE deneysel verileriyle daha iyi bir uyum gösterdi. Korona katkısının, yalnızca çekirdek katkılardan elde edilen dört parçacık kümülantlarının (gözlemlenebilir bir akış) seyreltilmesinden sorumlu olduğu bulundu, bu da korona katkılı parçacıkların daha fazla permütasyonuna işaret ediyor.
“Bu bulgular, dengede olmayan korona bileşenlerinin çok düşük enine spektrumların olduğu bölgede parçacık üretimine katkıda bulunur,” diye vurguluyor Prof. Hirano. “Bu, deneysel verilerden yalnızca dengelenmiş temel bileşenleri çıkaran hidrodinamik modellerdeki eksik verimleri açıklıyor. Bu, QGP’nin özelliklerinin daha kesin bir şekilde anlaşılması için dengelenmemiş bileşenleri de ayıklamanın gerekli olduğunu açıkça gösteriyor.”
Bu bulgular, evren hakkındaki bilgimizin genişlemesine kesinlikle katkıda bulunsa da, sonraki uygulamaları uygulamalı araştırmaların gelecekte hayatımıza da fayda sağlaması bekleniyor.
Referans: “Yüksek enerjili nükleer çarpışmalarda çok düşük enine momentum bölgesindeki dengesizlik bileşenleri”, Yuuka Kanakubo, Yasuki Tachibana ve Tetsufumi Hirano , 18 Kasım 2022, Physics Review C.
DOI: 10.1103/PhysRevC.106.054908