`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Что произошло через несколько микросекунд после Большого взрыва

+33
голоса

Комбинируя данные двух ускорителей высоких энергий, физики-ядерщики усовершенствовали измерение замечательных свойств экзотической материи, известной как кварк-глюонная плазма. Результаты выявили новые аспекты сверхгорячей "идеальной жидкости", которые дают ключ к разгадке состоянии молодой Вселенной сразу через несколько микросекунд после Большого взрыва.

Команда ученых из нескольких институтов, известная как JET Collaboration, во главе с исследователями из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) Департамента энергетики США опубликовала свои результаты в последнем выпуске Physical Review C. JET Collaboration является одной из наиболее авторитетных коллабораций в теории ядра, учрежденной Отделом управления наукой Департамента энергетики США в 2010 г. Коллаборация в настоящее время включает 12 институтов с Berkeley Lab в качестве ведущего института.

«Мы сделали, безусловно, самое точное извлечение на сегодняшний день ключевого свойства кварк-глюонной плазмы, которое показывает микроскопическое строение этой почти идеальной жидкости», - говорит Синь-Нянь Ван (Xin-Nian Wang), физик из Отдела ядерных исследований при Berkeley Lab и ведущий исследователь JET Collaboration. Идеальные жидкости, как объяснил Ван, имеют самое низкое отношение вязкости к плотности, позволяемое квантовой механикой, которое означает, что они, по существу, текут без трения.

Для создания и изучения кварк-глюонной плазмы, физики-ядерщики использовали ускорители частиц, называемые релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке и Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе в Швейцарии. Ускоряя тяжелые атомные ядра до высоких энергий и сталкивая их друг с другом, ученые могут воссоздать условия высоких температур горячей ранней Вселенной.

Внутри протонов и нейтронов, образующих сталкивающиеся атомные ядра, имеются элементарные частицы, называемые кварками, которые сильно связаны друг с другом другими элементарными частицами, называемыми глюонами. Только в экстремальных условиях, таких как при столкновении, в котором температура в миллионы раз выше, чем в центре Солнца, можно растащить кварки и глюоны и получить сверхгорячую идеальную жидкость, известную как кварк-глюонная плазма.

«Температура настолько высока, что границы между различными ядрами исчезают, и все превращается в горячий плазменный суп из кварков и глюонов», - говорит д-р Ван. Этот сверхгорячий суп содержится в камере в ускорителе частиц, но он короткоживущий – быстро охлаждается и расширяется, что делает его измерение крайне сложным. Экспериментаторы разработали сложные инструменты, чтобы преодолеть проблему, но перевода экспериментальных наблюдений в точное количественное понимание кварк-глюонной плазмы трудно добиться до сих пор, говорит он.

В этой новой работе усовершенствованный командой д-ра Вана датчик использует явление, впервые теоретически изложенное 20 лет назад исследователями Berkeley Lab: потери энергии в виде струй частиц внутри кварк-глюонной плазмы.

«Когда генерируется горячая кварк-глюонная плазма, иногда также могут генерироваться эти очень энергичные частицы с энергией в тысячу раз больше, чем у остальной части материи», - говорит Ван. Такая струя распространяется через плазму, разлетается и теряет энергию на выходе.

Поскольку исследователи знают энергию струи, когда она генерируется, и могут измерить ее энергию на выходе, они могут вычислить потерю энергии, которая предоставляет информацию о плотности плазмы и силе ее взаимодействия со струей. «Это как рентген, проходящие через тело, так что вы можете увидеть то, что внутри», - говорит Ван.

Одной из трудностей в использовании струй в качестве рентгена кварк-глюонной плазмы является факт, что кварк-глюонная плазма – это быстро расширяющийся огненный шар, и он не остается на месте. «Вы можете создать этот горячий огненный шар, который очень быстро расширяется и быстро охлаждается до состояния обычной материи, - говорит Ван. - Поэтому важно разработать модель для точного описания расширения плазмы». Модель должна опираться на релятивистскую гидродинамику, в которой движение жидкости описывается уравнениями из специальной теории относительности Эйнштейна.

За последние несколько лет исследователями из JET Collaboration были разработаны модели, которые могут описать процесс расширения и наблюдаемые явления в сверхгорячей идеальной жидкости. «Это позволяет нам понять, как струя проходит через этот динамический огненный шар», - сказал Ван.

Используя эту модель для расширения кварк-глюонной плазмы и распространения струй, исследователи проанализировали объединенные данные из экспериментов PHENIX и STAR на RHIC и экспериментов ALICE и CMS на LHC, поскольку каждый ускоритель создает кварк-глюонную плазму при различных начальных температурах. Группа определила одно конкретное свойство кварк-глюонной плазмы, называемое коэффициентом переноса струи, который характеризует силу взаимодействия между струей и сверхгорячим веществом. «Определенные значения коэффициента переноса струи могут помочь пролить свет на то, почему сверхгорячая материя является наиболее идеальной жидкостью во Вселенной», - отметил Ван.

Следующие шаги команды заключаются в том, чтобы проанализировать будущие данные при более низких энергиях RHIC и более высоких энергиях LHC, чтобы увидеть, как эти температуры могут повлиять на поведение плазмы, особенно вблизи фазового перехода между обычной и экзотической материей кварк-глюонной плазмой.

Что произошло через несколько микросекунд после Большого взрыва

Имитация столкновения ионов свинца

+33
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Хорошим примером "идеальной жидкости" может служить недопитый кофе. Казалось бы, сколько там того кофе? Однако, пролитая из неосторожно опрокинутой чашки жидкость, способна не только залить полстола, но и затечь под клавиатуру, намочить пару документов, и даже попасть на пол, как будто никакого трения не существует!

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT