Si shpërthejnë topat e zjarrit kuark-gluon-plazma në hadrone?

Shkencëtarët krijojnë plazmën e gluonit të kuarkut (QGP) në laboratorë për të kuptuar kalimin e saj në hadrone dhe rolin e tij në kromodinamikën kuantike, duke përdorur metoda të reja si parimi i entropisë maksimale për të interpretuar të dhënat eksperimentale dhe për të hartuar diagramin e fazës QCD.

Plazma Quark gluon (QGP) është një gjendje emocionuese e materies që shkencëtarët krijojnë në një laborator duke përplasur dy bërthama të rënda. Këto përplasje prodhojnë një top zjarri QGP. Topi i zjarrit zgjerohet dhe ftohet duke ndjekur ligjet e hidrodinamikës, të cilat rregullojnë mënyrën se si sillen lëngjet në kushte të ndryshme.

Përfundimisht, grimcat nënatomike (protone, pione dhe hadrone të tjera, ose grimca të përbëra nga dy ose më shumë kuarke) dalin dhe vëzhgohen dhe numërohen nga detektorët që rrethojnë përplasjen. Luhatjet në numrin e këtyre grimcave nga përplasja në përplasje mbartin informacion të rëndësishëm për QGP.

Megjithatë, nxjerrja e këtij informacioni nga ajo që mund të vëzhgojnë shkencëtarët është një detyrë e vështirë. Një qasje e quajtur parimi i entropisë maksimale siguron një lidhje thelbësore midis këtyre vëzhgimeve eksperimentale dhe hidrodinamikës së topit të zjarrit QGP.

Ndërsa një top zjarri QGP zgjerohet dhe ftohet, ai përfundimisht bëhet shumë i holluar për t’u përshkruar nga hidrodinamika. Në këtë fazë, QGP është “hadronizuar”. Kjo do të thotë se energjia e tij dhe vetitë e tjera kuantike barten nga hadronet. Këto janë grimca nënatomike si protonet , neutronet dhe pionet që përbëhen nga kuarke. Hadronet “ngrihen” – ata ngrijnë informacionin në lidhje me gjendjen përfundimtare hidrodinamike të topit të zjarrit QGP, duke lejuar grimcat që rrjedhin nga përplasja të bartin këtë informacion te detektorët në një eksperiment.

Hulumtimi i ri ofron një mjet për përdorimin e simulimeve për të llogaritur luhatjet e vëzhgueshme në QGP. Kjo i lejoi studiuesit të përdorin ngrirjen për të identifikuar shenjat e një pike kritike midis një topi zjarri QGP dhe një gjendje të gaztë të hadronizuar. Kjo pikë kritike është një nga pyetjet e pazgjidhura të shkencëtarëve në lidhje me kromodinamikën kuantike, teorinë e ndërveprimeve të forta të drejtuara nga gluonet midis kuarkeve.

Luhatjet në QGP sjellin informacion në lidhje me rajonin e diagramit të fazës QCD ku përplasjet “ngrijnë”. Kjo e bën lidhjen e luhatjeve në hidrodinamikë me luhatjet e hadroneve të vëzhguara një hap vendimtar në përkthimin e matjeve eksperimentale në hartën e diagramit të fazës QCD. Luhatjet e mëdha ngjarje pas ngjarje janë nënshkrime eksperimentale treguese të pikës kritike.

Të dhënat nga programi Run-I Beam Energy Scan (BES) në përplasësin relativist të joneve të rënda (RHIC) sugjerojnë praninë e pikës kritike. Për të ndjekur këtë aluzion, studiuesit në Universitetin e Illinois, Çikago propozuan një qasje të re dhe universale për shndërrimin e luhatjeve hidrodinamike në luhatje të shumëfishta të hadronit.

Qasja kapërcen në mënyrë elegante sfidat me të cilat përballen përpjekjet e mëparshme për të zgjidhur këtë problem. Në mënyrë thelbësore, qasja e re e bazuar në parimin e entropisë maksimale ruan të gjithë informacionin rreth luhatjeve të sasive të konservuara të përshkruara nga hidrodinamika.

Procedura e re e ngrirjes do të gjejë aplikime në llogaritjet teorike të luhatjeve dhe korrelacioneve ngjarje pas ngjarje të vëzhguara në eksperimente të tilla si programi Beam Energy Scan në RHIC që synon hartimin e diagramit fazor QCD.