Скритата сила, която движи най-горещата течност във Вселената

Скрит прилив на ускорение може би преобразява най-горещата материя, създавана някога

Ваня Милева Последна промяна на 05 август 2026 в 00:00 74 0

Две ядра, свити по Лоренцов начин (ляво и дясно), се сблъскват и запалват огнено кълбо, което се разширява рязко навън.

Кредит Xu-Guang Huang
Две ядра, свити по Лоренцов начин (ляво и дясно), се сблъскват и запалват огнено кълбо, което се разширява рязко навън.

Когато атомните ядра се сблъскват с почти светлинна скорост, те създават най-горещата течност във Вселената, но учените може би са пренебрегнали една от най-важните ѝ сили. Нови симулации разкриват, че по краищата на кварк-глюонната плазма се натрупва екстремно ускорение, което спомага за задвижването на нейното експлозивно разширяване.

Това ускорение не просто раздвижва течността, то потенциално променя нейното температурно поведение, влияейки на спиновете на частиците и дори преоформя начина, по който материята преминава от едно фундаментално състояние в друго.

Скритата сила в най-горещата течност

Когато атомните ядра се сблъскват едно с друго с почти светлинна скорост, те за кратко произвеждат кварк-глюонна плазма, изключително горещо състояние на материята, в което кварките и глуоните могат да се движат свободно. Този екзотичен материал се държи като почти перфектна течност и предлага на учените начин да изучават условия, подобни на тези, които са съществували малко след Големия взрив.

Авторите на новото изследване са отделили значително внимание на интензивното вихрово движение на плазмата и мощните електромагнитни полета. Неговото ускорение обаче е получило далеч по-малко внимание, въпреки че то пряко допринася за бързото разширяване на огненото кълбо. В хидродинамиката ускорението се счита за също толкова фундаментално, колкото и мярката за въртенето на флуида, т.нар. вихровост, точно както електрическите и магнитните полета се третират като еднакво важни части на електромагнетизма.

Картографиране на ускорението в зависимост от енергиите на сблъсъка

Изследователски екип се заема да картографира как се формира и променя ускорението в кварк-глюонната плазма.

Изследователите комбинират два широко използвани модела за транспорт на частици, AMPT и UrQMD, с метод на Гаусовото размазване, който заменя резките, стъпаловидни промени с гладки, камбановидни Гаусови криви. Тази техника трансформира отделните разпределения на частиците в непрекъснати полета на енергия, импулс и скорост, позволявайки на екипа да изследва плазмата като еволюиращ флуид.

Моделът AMPT (A Multi-Phase Transport model - Многофазен транспортен модел) е компютърна програма, използвана във физиката за симулиране на високоенергийни ядрени сблъсъци, включително флуктуиращи начални условия, партонна каскада (проследяване на взаимодействието, разделянето и сливането на кварки и глуони по време на бързи сблъсъци на частици) и адронизация - фазата във физиката, при която свободните кварки и глуони – основните части на материята – се превръщат в свързани частици, наречени адрони (като протоните и неутроните).

Моделът UrQMD (Ultra-relativistic Quantum Molecular Dynamics - Ултрарелативистична Квантова Молекулярна Динамика) е микроскопичен транспортен модел, използван за симулиране на високоенергийни ядрени, протон-протонни, протон-ядрени и ядро-ядрени сблъсъци.

Използвайки този подход, те проследяват ускорението в диапазона от 3,5 GeV до 2,76 TeV - енергии, постигнати в съвременните колайдери.

"Ускорението не е просто кинематичен детайл - то може да действа като термодинамичен контролен параметър на материята в квантовата хромодинамика (КХД)", обяснява съавторът професор Сю-Гуан Хуан (Xu-Guang Huang).

Изображение на сини и зелени ивици, излъчващи се от тъмен централен кръг, всички на черен фон Илюстрация на последствията от високоенергиен сблъсък, създал кварк-глуонна плазма в релативистичния ускорител на тежки йони на лабораторията Брукхейвън. Кредит: Brookhaven National Laboratory

Екстремно ускорение на ръба на огненото кълбо

Симулациите показват, че пиковото собствено ускорение може да достигне няколкостотин MeV както при ниски, така и при високи енергии на сблъсък. Най-силното напречно ускорение постоянно е насочено навън и се появява близо до външната граница на огненото кълбо.

Тази граница се превръща в зона на интензивно ускорение, защото налягането там спада бързо, докато плътността на енталпията остава ниска. Според релативистичното уравнение на Ойлер, тези две условия се подсилват взаимно и значително увеличават ускорението.

Енталпията е мярка за общото топлинно съдържание на термодинамична система, равна на нейната вътрешна енергия плюс произведението на налягането и обема и обикновено се използва за проследяване на топлинните промени в химичните реакции при постоянно налягане.

Плазмата се държи различно в зависимост от енергията на сблъсъка. При по-ниски енергии, спирането на ядрото първоначално забавя материята, произвеждайки забавяне до около 500 MeV. При ултрарелативистични енергии ядрата преминават едно през друго толкова бързо, че привличат новосъздадената плазма в кратки, интензивни импулси на ускорение.

Тъй като най-мощното ускорение остава концентрирано по границата, общият ефект се променя само леко в зависимост от това дали ядрата се сблъскват челно или се удрят едно в друго под ъгъл.

Възможен нов контрол върху екстремната материя

Ускорението може да повлияе повече от самото движение на плазмата. Чрез ефекта на Унру, ускоряващ се наблюдател би възприел празното пространство като топлинна среда. Следователно ускорение от няколкостотин MeV би могло да наподобява температури, близки до температурата на прехода на КХД.

Тази възможност предполага, че ускорението би могло да добави нова "ос на ускорение" към фазовата структура на КХД материята. Това може да повлияе както на киралния преход, така и на прехода, свързан с ограничението на кварките.

Ускорението може също да генерира неизследвани досега транспортни ефекти и да повлияе на подравняването на спиновете на частиците. Тези ефекти биха допълнили тези, произведени от вихрушката, и биха могли да помогнат на изследователите да проучат неразрешеното спиново поведение, наблюдавано в Релативистичния колайдер за тежки йони (RHIC), който се намира в Националната лаборатория Брукхейвън в Ню Йорк и Големия адронен колайдер.

Търсене на измерими сигнали от колайдер

Сега изследователите планират да включат по-реалистична хидродинамична еволюция в своите изчисления. Те също така се надяват да идентифицират експериментални сигнали, които биха могли да разкрият влиянието на ускорението, включително модели в спиновата поляризация на хипероните.

Чрез свързване на неинерционни квантови ефекти с измеримо поведение на частиците, работата открива нова посока за изучаване на материята, управлявана от силното взаимодействие.

"Точно както температурата и плътността определят фазовата диаграма на материята, ускорението може да отвори нова ос на тази диаграма", заявява професор Хуан. "Чрез картографиране на това скрито измерение на кварк-глуонната плазма, ние се надяваме да превърнем неинерционните квантови ефекти в сигнатури, които експериментите действително могат да измерят."

Справка: Song-Ze Zhong, Xian-Gai Deng, Xu-Guang Huang, Yu-Gang Ma. Fluid acceleration in heavy-ion collisions. Nuclear Science and Techniques, 2026; 37 (10) DOI: 10.1007/s41365-026-02044-8

Източник: Scientists reveal the hidden force driving the universe’s hottest fluid, Nuclear Science and Techniques

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Физика

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !