تاریخ: 19 دسامبر 2022 منبع: سازمان حفاظت محیط زیست/بروکهاون ملی خلاصه: دانشمندان تجزیه و تحلیل جامعی را با هدف تعیین اینکه کدام عوامل بیشترین تاثیر را در نوسانات جریان ذرات ناشی از برخورد یون های سنگین دارند منتشر کرده اند. نتایج به دانشمندان کمک می کند تا خصوصیات کلیدی یک شکل منحصر به فرد از ماده را که از جهان اولیه تقلید می کند صفر کنند. اشتراک گذاری:
دانشمندان در همکاری ستاره در برخورد دهنده یون سنگین نسبیتی ( ریک) - یک اتم شکن در لابراتوار ملی بروکهاون وزارت انرژی ایالات متحده-تجزیه و تحلیل جامعی را با هدف تعیین اینکه کدام عوامل بیشترین تاثیر را در نوسانات جریان ذرات ناشی از برخورد یون های سنگین دارند منتشر کرده اند. نتایج منتشر شده در نامه های بررسی فیزیکی به دانشمندان کمک می کند تا خصوصیات کلیدی یک شکل منحصر به فرد از ماده را که از جهان اولیه تقلید می کند صفر کنند.
ماده ای که این فیزیکدانان علاقه مند هستند پلاسمای کوارک-گلوون نامیده می شود-یک سوپ تریلیون درجه از کوارک ها و گلوون ها. اینها بنیادی ترین بلوک های ساختمانی از همه مواد قابل مشاهده هستند-اجزایی که پروتون ها و نوترون های هسته اتمی را تشکیل می دهند. ریک این سوپ کوارک داغ را با برخورد پرتوهای هسته های بزرگ (معروف به یون های سنگین) ایجاد می کند. این برخوردها مرزهای تک تک پروتون ها و نوترون ها را ذوب می کند تا دانشمندان بتوانند کوارک ها و گلوون ها را مطالعه کنند زیرا نزدیک به 14 میلیارد سال پیش قبل از تشکیل ذرات هسته ای شناخته شده وجود داشته اند.
"داشتن یک مرکز است که می تواند متفاوت باشد پرتو انرژی و برخورد انواع یون اجازه می دهد تا ما را به تغییر درجه حرارت و چگالی داغ لکه کوارک ماده همراه با اندازه خود گفت:" فوق دکترا همکار در دانشگاه ایلینوی در شیکاگو است که یکی از رهبران از تجزیه و تحلیل جدید. "مطالعه اینکه در شرایط مختلف چه اتفاقی می افتد می تواند در مورد خواص ماده ای که ایجاد کرده ایم بیشتر به ما بگوید: چقدر چسبناک است و چقدر جریان دارد و چگونه از یک فاز به فاز دیگر تبدیل می شود-از هسته های معمولی به پلاسمای کوارک-گلوون."
برو با جریان
برای این تجزیه و تحلیل, دانشمندان به خصوص در جریان نامتقارن باقی مانده از سر و صدا ذرات در ریچ علاقه مند بودند. فیزیکدانان هسته ای از روزهای اولیه ریک مشاهده کرده اند که برخوردهای خارج از مرکز ترجیحا ذرات بیشتری را در امتداد صفحه واکنش هسته های در حال برخورد به بیرون رانده تا عمود بر هسته. این الگوهای جریان بیضوی برای کشف این موضوع مهم بود که کیو جی پی به عنوان مایع با ویسکوزیته بسیار کم رفتار می کند تا یک گاز یکنواخت در حال انبساط.
اما جریان به همان اندازه که تصویر ساده نشان می دهد کاملا روان نیست. نوسانات زیادی وجود دارد. استخراج منبع یا منابع این نوسانات به دانشمندان این امکان را می دهد تا خواص پلاسما از جمله ویسکوزیته را بسیار دقیق تر محاسبه کنند.
روی لیسی استاد دانشکده شیمی و فیزیک دانشگاه استونی بروک که به عنوان مشاور پایان نامه دکترای مگی خدمت می کرد گفت:" این نوسانات ممکن است از حالت اولیه ناشی شود, وقتی یون ها برای اولین بار با هم برخورد می کنند, یا ممکن است در حالی که کیو جی پی در حال تکامل است ایجاد شوند, یا زمانی ایجاد شوند که سیستم ذراتی را که ما در ردیاب خود ردیابی می کنیم تولید کند,". "هنگامی که اندازه گیری ها را با دقت انتخاب می کنید تا بر جنبه های مختلف این جدول زمانی تاکید کنید می توانید یاد بگیرید که نوسانات از کجا ناشی می شود."
ردیابی منبع(ها)
به کسی را دست انداختن این کمک از هم جدا, دانشمندان الگوهای جریان از طیف گسترده ای از برخورد انجام بیش از سال های بسیاری از عملیات ریک مورد مطالعه.
دادههای جریان حاصل از برخوردهای اندازههای مختلف و انواع هستهها/یونها (طلا-طلا, اورانیوم-اورانیوم و مس-طلا) را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند و شامل نحوه برخورد یونها در مرکز یا خارج از مرکز به یکدیگر بودند. این تمرین می تواند به دانشمندان کمک کند تا تاثیر اثرات حالت اولیه را ببینند-اندازه و شکل لکه کیو جی پی ایجاد شده توسط یون های همپوشانی.
همچنین الگوهای جریان در برخوردهای همان سیستم یونی (طلا-طلا) در طیف وسیعی از انرژیهای برخورد را مورد بررسی قرار دادند. زیرا برخوردهای انرژی بالاتر شیب فشار قوی تری نسبت به انرژی کم ایجاد می کند, دیدن تفاوت در الگوهای جریان توسط انرژی نشان می دهد که نوسانات با تکامل لکه ماده داغ ظاهر می شوند.
و الگوهای جریان گونههای مختلف ذرات را که در اثر برخورد با انرژی یکسان و از نوع یون یکسان به ردیاب برخورد میکردند ردیابی کردند. مشاهده اختلافات در این داده ها نشان می دهد که نوسانات با انتقال دوباره کوجیپی به ذرات کامپوزیت (هادرون) ساخته شده از کوارک هایی که توسط گلون به هم متصل شده اند ظاهر می شوند.
نتایج نشان داد که نوسانات جریان بیشتر به شرایط ایجاد شده در حالت اولیه برخورد بستگی دارد.
قوی ترین نفوذ: برخورد ها چقدر مرکزی هستند. برخوردهای خارج از مرکز یک منطقه همپوشانی مستطیلی و فوتبال شکل ایجاد می کند که گرادیان فشار در امتداد محور کوتاه فوتبال قوی تر از محور طولانی است. این گرادیان فشار نامتقارن ذرات بیشتری را در امتداد صفحه واکنش نسبت به عمود بر خود همانطور که قبلا مشاهده شد به بیرون هل می دهد. اما مهم این است که تجزیه و تحلیل جدید "ناصافی" منطقه برخورد را تشکیل می دهد.
مگی گفت:" دسته ای از توپ های کوچک [پروتون ها و نوترون های منفرد] به طور تصادفی به یکدیگر برخورد می کنند. "به طور کلی, به نظر می رسد مانند یک شکل بیضی, اما نوسان در اطراف لبه وجود دارد."
در نتیجه لیسی توضیح داد: "توزیع چگالی ماده ایجاد شده کمی ناصاف است و این توده بر نوسانات جریان ذراتی که در نهایت ظهور می کنند تاثیر می گذارد."
اندازه یونهای برخورد کننده نیز اثر متوسطی بر نوسانات جریان داشت و هسته های کوچک نوسانات جریان بیشتری نسبت به هسته های بزرگ ایجاد می کردند.
در مقابل تجزیه و تحلیل ها الگوهای جریانی را نشان داد که با انرژی برخورد یا در بین گونه های مختلف ذرات تولید شده توسط هادرونیزاسیون تفاوت معناداری نداشتند.
مگی گفت:" این اولین بار است که ما توانستیم تمام این داده های جمع شده را از اسکن انرژی پرتو و از برخورد سیستم های مختلف بگیریم و با هم ترکیب کنیم تا وابستگی این نوسانات را شناسایی کنیم.
مفاهیم
حالا که دانشمندان میدانند شرایط حالت اولیه در درجه اول عامل نوسانات جریان هستند قادر خواهند بود تا یک عدم قطعیت کلیدی دیرینه را کاهش دهند و محاسبات دقیقتری از خواص پلاسمای کوارک-گلوون انجام دهند.
"ما در حال حاضر قادر به قرار دادن بسیار بسیار بهتر محدودیت در مقدار این خواص مانند فله ویسکوزیته برشی ویسکوزیته و غیره" لیسی گفت.
این دقت به شما کمک می کند تا دقیق تر مشخص کنید که چگونه ماده کوارک تحت شرایط مختلف دما و فشار تغییر می کند-فرایندی که شبیه نقشه برداری از فازهای هر نوع ماده مانند اب است.
"دقیق تر اندازه گیری کمک خواهد کرد که فوق العاده در تلاش برای محدود کردن یا نه وجود دارد فاز انتقال در ماده هسته ای و تحت چه شرایطی" لیسی گفت.
اعمال محدودیتهای شدیدتر در اندازهگیریهای ویسکوزیته به ویژه ممکن است به دانشمندان کمک کند تا کشف کنند که به اصطلاح نقطه بحرانی در نمودار فاز هستهای وجود دارد یا خیر. این نقطه ای است که نوع تغییر فاز از ماده هسته ای معمولی به خود کیو جی پی از انتقال "مرتبه اول" بین دو حالت مجزا به انتقال مرتبه دوم تغییر می کند. فراتر از این نقطه یک انتقال متقاطع هموار در جایی اتفاق میافتد که هم هادرون و هم کیو جی پی میتوانند با هم همزیستی داشته باشند. اندازه گیری دقیق ویسکوزیته به فیزیکدانان این امکان را می دهد تا به دنبال کاهش ویسکوزیته برشی باشند که انتظار می رود در این نقطه روی نقشه فازهای هسته ای رخ دهد.
"اندازه گیری در حال حاضر گزارش نمی دهد که اطلاعات دقیق و در عین حال, اما ما با استفاده از این نوسان محدودیت همراه با مدل مقایسه به حرکت در این جهت" لیسی گفت.
همانطور که مگی توضیح داد: "این تجزیه و تحلیل جدید مدل ها را به چالش می کشد تا توضیحی را فراهم کند که این مجموعه جامع از داده ها را در خود جای دهد تا بتوانیم درک بهتری از خواص و تکامل پلاسمای کوارک-گلوون داشته باشیم."
این تحقیق توسط اداره علوم سازمان حفاظت محیط زیست (ان پی), بنیاد ملی علوم ایالات متحده, و طیف وسیعی از سازمان ها و سازمان های بین المللی ذکر شده در مقاله علمی. تیم ستاره از منابع محاسباتی در مرکز دادههای علمی و محاسباتی بروکهاون و مرکز محاسبات علمی تحقیقات انرژی ملی در لابراتوار ملی لارنس برکلی و کنسرسیوم شبکه علوم باز استفاده کردند.
