Члены коллаборации STAR, группы физиков, собирающих и анализирующих данные о столкновениях частиц в Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC), опубликовали новый высокоточный анализ данных о количестве протонов, образующихся при столкновениях ионов золота в диапазоне энергий.
Результаты опубликованы в Physical Review Letters
Результаты, опубликованные в Physical Review Letters, показывают, что учёные наблюдали одну часть ключевой сигнатуры «критической точки». Это уникальная точка на «карте» ядерных фаз, которая отмечает изменение способа перехода кварков и глюонов, строительных блоков протонов и нейтронов, из одной фазы вещества в другую.
Открытие критической точки — главная цель исследований на RHIC
Обнаружение критической точки было главной целью исследований на RHIC, объекте Управления науки Министерства энергетики США (DOE) для исследований в области ядерной физики в Брукхейвенской национальной лаборатории. Подобно многовековым усилиям по составлению карты твёрдого, жидкого и газообразного состояний веществ, таких как вода, это считается важным для полного понимания и описания кварк-глюонной плазмы.
Эта уникальная форма ядерного вещества создаётся при наиболее энергичных ядерных столкновениях на RHIC, которые эффективно «плавят» протоны и нейтроны, составляющие сталкивающиеся ионы золота, кратковременно высвобождая их внутренние строительные блоки для формирования почти идеального жидкого состояния, которое когда-то заполняло нашу раннюю Вселенную.
Новые результаты подтверждают уверенность STAR
Новые результаты подтверждают уверенность STAR в более ранних намёках на критическую точку — переход в том, как происходит это плавление, в зависимости от температуры и плотности ядерного вещества. Но учёные не готовы объявить об открытии, пока не проявится другая часть ключевой сигнатуры — возможно, в ещё не проанализированных данных STAR.
«С момента последних открытий STAR провела огромную коллекцию наборов данных, используя множество новых и модернизированных компонентов детекторов, которые позволили нам отслеживать больше частиц на более широких участках внутри детектора, чем когда-либо прежде», — сказал Ашиш Пандав, участник коллаборации STAR из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) и один из руководителей аналитических работ.
«Кроме того, команда ускорителя RHIC внедрила инновационные методы для увеличения частоты столкновений даже при низких энергиях», — добавил он.
С этими усовершенствованиями детекторов и ускорителей команда STAR собрала беспрецедентный объём высокоточных данных в диапазоне энергий столкновений. «Эти измерения позволяют нам наблюдать очень тонкие отклонения или тонкие закономерности в данных», — сказал Пандав.
Berkeley Lab играет центральную роль в STAR
Berkeley Lab играет центральную роль в STAR (Соленоидальный трекер в RHIC) с самого начала проекта. Инженеры лаборатории руководили проектированием и строительством основной системы слежения за детектором, камеры времени проекции (TPC). Персонал также сыграл важную роль в создании новых внутренних секций TPC (iTPC), которые значительно расширили чувствительность детектора и данные, используемые в новых измерениях.
Программа сканирования энергии пучка, которая сталкивает ионы золота при различных энергиях в RHIC, была задумана в Berkeley Lab в 2004 году.
«Учёные из лаборатории ядерных наук внесли значительный вклад в теоретические идеи, а огромные объёмы данных о столкновениях и моделировании были обработаны с использованием суперкомпьютерных мощностей Национального центра энергетических исследований и научных вычислений (NERSC)», — сказал Синь Дун, учёный из Berkeley Lab, работающий над экспериментом STAR.
«Новые данные STAR уже вызвали значительный интерес в теоретическом сообществе», — сказал Фолькер Кох, ядерный теоретик из Berkeley Lab. «Теперь теоретикам предстоит собрать воедино все составляющие и понять, как данные могут рассказать нам о фазовой структуре при сильных взаимодействиях».
«Обнаружение критической точки поставило бы ориентир на диаграмме ядерных фаз», — сказал Сяофэн Ло, участник коллаборации STAR из Центрального китайского педагогического университета и один из лидеров анализа. «Это ознаменовало бы фундаментальную веху в нашем понимании того, как материя ведёт себя в экстремальных условиях — от рождения Вселенной до ядер нейтронных звёзд».
Для поиска признаков критической точки учёные ищут признаки флуктуаций в количестве протонов, возникающих при столкновениях, событие за событием. Эти флуктуации ожидаются по мере приближения условий, созданных при столкновениях, к критической точке.
Но признаки флуктуаций в ядерной среде не так очевидны, как подпрыгивание напитков и закусок на подстаканниках в самолёте. Чтобы «увидеть» их, учёным необходимо выйти за рамки простого подсчёта протонов, произведённых при столкновениях, и провести статистический анализ более высокого порядка, который описывает аспекты распределения этих подсчётов.