Физики обнаружили необычную закономерность в движении кварков через плазму ранней Вселенной

Физики из Массачусетского технологического института (MIT) и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре разработали теоретическую модель, которая позволяет точнее описывать движение тяжёлых кварков в кварк-глюонной плазме — веществе, заполнявшем Вселенную в первые микросекунды после Большого взрыва. Расчёты показали, что частицы, движущиеся почти со скоростью света, испытывают редкие, но необычно сильные воздействия со стороны плазмы.

Такие взаимодействия происходят чаще, чем предполагает традиционная модель броуновского движения, и могут помочь исследовать внутреннюю структуру первичной материи.

В первые мгновения существования Вселенной температура достигала триллионов градусов, а кварки и глюоны ещё не были связаны в протоны и нейтроны. Они образовывали чрезвычайно горячую и плотную среду, известную как кварк-глюонная плазма. По мере охлаждения Вселенной свободные кварки объединились в более устойчивые частицы, из которых впоследствии сформировалось обычное вещество. Сегодня физики воспроизводят подобные условия при столкновениях тяжёлых атомных ядер в ускорителях частиц.

Например, на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов RHIC в США разгоняют ядра золота почти до скорости света и сталкивают их друг с другом. В результате возникают микроскопические капли кварк-глюонной плазмы размером порядка атомного ядра, существующие лишь ничтожные доли секунды. Одним из способов изучения такой среды служит наблюдение за тяжёлыми кварками, которые проходят через плазму и взаимодействуют с окружающими частицами. По изменениям их движения можно судить о свойствах самой среды. Подобный принцип лежит в основе теории броуновского движения, математически описанной Альбертом Эйнштейном в 1905 году.

Она объясняет беспорядочное движение частиц в жидкости столкновениями с окружающими молекулами. В классической модели многочисленные случайные воздействия формируют симметричное колоколообразное распределение вероятностей. Слабые изменения движения встречаются часто, а очень сильные — значительно реже. Однако при изучении тяжёлых кварков, движущихся с релятивистскими скоростями, такая модель оказывается недостаточной: она не учитывает некоторые особенности взаимодействий, обусловленных сильным ядерным взаимодействием.

Жан Дю Плесси из MIT и Бруно Шайинг-Хичфельд из Калифорнийского университета рассчитали распределение изменений импульса тяжёлого кварка при его прохождении через плазму из слабо взаимодействующих кварков и глюонов. Для небольших изменений импульса результат оказался близок к традиционной модели. Но при более сильных воздействиях учёные обнаружили существенное отклонение: вероятность больших изменений уменьшается медленнее, чем предсказывает обычное гауссово распределение. Выяснилось также, что распределение несимметрично. Особенно сильные взаимодействия, которые дополнительно замедляют кварк, оказываются вероятнее столь же сильных воздействий, ускоряющих его.

Это означает, что редкие столкновения способны играть значительно более важную роль в изменении движения частиц и установлении теплового равновесия с окружающей плазмой, чем предполагалось ранее. Исследователи проверили полученную математическую закономерность для нескольких вариантов плазмы с различным составом частиц. Несмотря на изменения характеристик среды, распределение сохраняло ту же общую структуру. Аналогичное поведение удалось обнаружить и в результатах более ранних теоретических расчётов для сильно взаимодействующей плазмы, что указывает на возможную универсальность найденного эффекта.

По словам авторов, новая модель предлагает дополнительный способ исследования кварк-глюонной плазмы по движению тяжёлых кварков. Частота редких и сильных изменений импульса зависит от микроскопических свойств среды, поэтому её измерение может дать информацию, недоступную при использовании традиционного описания броуновского движения. Пока результат получен теоретически, а его применимость к реальной кварк-глюонной плазме предстоит проверить при сопоставлении расчётов с экспериментальными данными.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Бодро и простым языком обсуждаем околополитические темы на моем канале "Гражданин на диване" (Гражданин на диване в МАХ), а интересную и познавательную информацию читаем на моем канале "Таблетка для головы" (Таблетка для головы в МАХ) и в ТикТоке.
Подписывайтесь!

Источник: masterok.livejournal.com

уникальные шаблоны и модули для dle