Кварк-глюонная плазма (КГП) — это захватывающее состояние материи, которое ученые создают в лаборатории путем столкновения двух тяжелых ядер. Эти столкновения создают огненный шар QGP. Огненный шар расширяется и охлаждается в соответствии с законами гидродинамики, которые определяют поведение жидкостей в различных условиях. В конце концов, появляются субатомные частицы (протоны, пионы и другие адроны или частицы, состоящие из двух или более кварков), которые наблюдаются и подсчитываются детекторами, окружающими столкновение.
Колебания числа этих частиц от столкновения к столкновению несут важную информацию о КГП. Однако извлечь эту информацию из того, что могут наблюдать ученые, — сложная задача. Подход, называемый принципом максимальной энтропии, обеспечивает решающую связь между этими экспериментальными наблюдениями и гидродинамикой огненного шара КГП.
Подход описан в журнале Physical Review Letters.
По мере того, как огненный шар КГП расширяется и охлаждается, он в конечном итоге становится слишком разбавленным, чтобы его можно было описать гидродинамикой. На этом этапе QGP «адронизировалась». Это означает, что его энергия и другие квантовые свойства передаются адронами. Это субатомные частицы , такие как протоны, нейтроны и пионы, состоящие из кварков. Адроны «замораживаются» — они замораживают информацию об окончательном гидродинамическом состоянии огненного шара КГП, позволяя частицам, вытекающим из столкновения, нести эту информацию к детекторам в эксперименте.
Исследование предоставляет инструмент для использования моделирования для расчета наблюдаемых флуктуаций в КГП. Это позволило исследователям из Университета Иллинойса в Чикаго использовать замораживание для выявления намеков на критическую точку между огненным шаром КГП и газообразным адронизированным состоянием. Эта критическая точка является одним из нерешенных вопросов ученых о квантовой хромодинамике , теории сильных глюонных взаимодействий между кварками.
Флуктуации в КГП несут информацию об области фазовой диаграммы КХД, где столкновения «замерзают». Это делает соединение флуктуаций в гидродинамике с флуктуациями наблюдаемых адронов решающим шагом в переводе экспериментальных измерений в карту фазовой диаграммы КХД. Большие колебания, происходящие от события к событию, являются явными экспериментальными признаками критической точки.
Данные программы Run-I Beam Energy Scan (BES) на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) намекают на наличие критической точки. Следуя этому намеку, исследователи предложили новый и универсальный подход к преобразованию гидродинамических флуктуаций во флуктуации множественности адронов.
Этот подход элегантно преодолевает трудности, с которыми сталкивались предыдущие попытки решить эту проблему. Важно отметить, что новый подход, основанный на принципе максимальной энтропии, сохраняет всю информацию о флуктуациях сохраняющихся величин, описываемых гидродинамикой. Новая процедура замораживания найдет применение в теоретических расчетах пособытийных флуктуаций и корреляций, наблюдаемых в таких экспериментах, как программа Beam Energy Scan в RHIC, направленная на отображение фазовой диаграммы КХД.
