Hoe om 'n perfekte golf te vang: Wetenskaplikes kyk van naderby binne die perfekte vloeistof
Berkeley Lab-navorsing bring ons nader aan die begrip van hoe ons heelal begin het.
Wetenskaplikes het nuwe leidrade gerapporteer om 'n kosmiese raaisel op te los: hoe die kwark-gluon plasma – die natuur se perfekte vloeistof – het in materie ontwikkel.
'n Paar miljoenste van 'n sekonde na die Groot ontploffing, het die vroeë heelal 'n vreemde nuwe toestand aangeneem: 'n subatomiese sop genaamd die kwark-gluonplasma.
En net 15 jaar gelede het 'n internasionale span wat navorsers van die Relativistic Nuclear Collisions (RNC) groep by Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ingesluit het, ontdek dat hierdie quark-gluon plasma 'n perfekte vloeistof – waarin kwarks en gluone, die boustene van protone en neutrone, so sterk gekoppel is dat hulle byna wrywingvry vloei.
Bekyk tydsverloop-videogreep wat 'n supersoniese Mach-golf wys terwyl dit in 'n groeiende quark-gluon-plasma ontwikkel. Die rekenaarsimulasie bied nuwe insig in hoe materie tydens die geboorte van die vroeë heelal gevorm het. Krediet: Berkeley Lab
Wetenskaplikes het gepostuleer dat hoogs energieke strale deeltjies deur die kwark-gluon-plasma vlieg – 'n druppel so groot soos 'n atoomse kern – teen spoed vinniger as die snelheid van klank, en wat soos 'n vinnig vlieënde straler 'n supersoniese boom uitstraal wat 'n Mach-golf genoem word. Om die eienskappe van hierdie straaldeeltjies te bestudeer, het 'n span onder leiding van Berkeley Lab-wetenskaplikes in 2014 'n baanbreker gemaak met 'n atoom X-straalbeeldtegniek genaamd straaltomografie. Resultate van daardie seminale studies het aan die lig gebring dat hierdie strale verstrooi en energie verloor terwyl hulle deur die kwark-gluon-plasma voortplant.
Maar waar het die straaldeeltjies se reis binne die kwark-gluonplasma begin? ’n Kleiner Mach-golfsein wat die diffusie-wakker genoem word, het wetenskaplikes voorspel, sal jou vertel waar om te kyk. Maar terwyl die energieverlies maklik was om waar te neem, het die Mach-golf en gepaardgaande diffusie-wakker ontwykend gebly.
Hierdie 2010-video beskryf botsings van swaar deeltjies by Brookhaven Nasionale Laboratorium se Relativistiese Heavy Ion Collider. In 2005 het RHIC-fisici aangekondig dat materie wat in die versneller se mees energieke botsings geskep word, soos 'n byna perfekte vloeistof optree. Die eienskappe van hierdie vloeistof, die kwark-gluonplasma, help ons om die eienskappe van materie in die vroeë heelal te verstaan. Krediet: Brookhaven Nasionale Laboratorium
Nou, in 'n studie wat onlangs in die joernaal gepubliseer is Physical Review Letters, die Berkeley Lab-wetenskaplikes rapporteer nuwe resultate van modelsimulasies wat toon dat 'n ander tegniek wat hulle uitgevind het, genaamd 2D-straaltomografie, navorsers kan help om die diffusiewakker se spookagtige sein op te spoor.
“Die sein is so klein, dit is soos om na 'n naald in 'n hooiberg van 10,000 2 deeltjies te soek. Vir die eerste keer wys ons simulasies dat 'n mens 2D-straaltomografie kan gebruik om die piepklein seine van die diffusie-wakker in die quark-gluonplasma op te tel,” het studieleier Xin-Nian Wang, 'n senior wetenskaplike in Berkeley Lab se kernwetenskapafdeling gesê. was deel van die internasionale span wat die XNUMXD-straaltomografietegniek uitgevind het.
Om daardie supersoniese naald in die kwark-gluon-hooiberg te vind, het die Berkeley Lab-span honderdduisende loodkernbotsingsgebeure gesimuleer by die Large Hadron Collider (LHC) by CERN, en goud-kerne botsings gebeure by die Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) by Brookhaven Nasionale Laboratorium. Sommige van die rekenaarsimulasies vir die huidige studie is by Berkeley Lab se NERSC-superrekenaargebruikersfasiliteit uitgevoer.
Wang sê hul unieke benadering "sal jou help om van al hierdie hooi in jou stapel ontslae te raak - jou help om op hierdie naald te fokus." Die straaldeeltjies se supersoniese sein het 'n unieke vorm wat soos 'n keël lyk – met 'n diffusie-waal wat agterlangs, soos rimpelings van water in die spoor van 'n vinnigbewegende boot. Wetenskaplikes het gesoek na bewyse van hierdie supersoniese "wakelet" omdat dit vir jou sê dat daar 'n uitputting van deeltjies is. Sodra die diffusie-wakker in die kwark-gluonplasma geleë is, kan jy sy sein van die ander deeltjies in die agtergrond onderskei.
Hul werk sal ook eksperimentele by die LHC en RHIC help om te verstaan watter seine om te soek in hul soeke om te verstaan hoe die quark-gluonplasma – die natuur se perfekte vloeistof – in materie ontwikkel het. “Waarvan is ons gemaak? Hoe het die baba-heelal in die paar mikrosekondes na die Oerknal gelyk? Dit is nog 'n werk aan die gang, maar ons simulasies van die lang gesoekte diffusie-wakker bring ons nader aan die beantwoording van hierdie vrae,” het hy gesê.
Verwysing: “Soek vir die ontwykende straalgeïnduseerde diffusiewake in Z/γ-stralers met 2D-straaltomografie in hoë-energie swaar-ioonbotsings” deur Wei Chen, Zhong Yang, Yayun He, Weiyao Ke, Long-Gang Pang en Xin-Nian Wang, 17 Augustus 2021, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.082301
Bykomende mede-outeurs was Wei Chen, Universiteit van Chinese Akademie vir Wetenskappe; Zhong Yang, Sentraal-China Normale Universiteit; Yayun He, Sentraal-China Normal University en South China Normal University; Weiyao Ke, Berkeley Lab en UC Berkeley; en Longgang Pang, Sentraal-China Normale Universiteit.
NERSC is 'n DOE Office of Science-gebruikersfasiliteit by Berkeley Lab.
Hierdie werk is ondersteun deur die DOE Kantoor vir Wetenskap en Kantoor vir Kernfisika.
