Физики обнаружили необычный «провал» в данных о сверхплотной материи

Участники международного эксперимента STAR нашли неожиданную особенность в результатах столкновений ядер золота на коллайдере RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории США. Наблюдение может помочь в поисках критической точки — предполагаемого сочетания температуры и плотности, при котором меняется характер превращений ядерной материи.

Работа опубликована 22 сентября в Physical Review Letters. RHIC позволяет исследовать вещество в экстремальных условиях. При самых высоких энергиях столкновений возникает кварк-глюонная плазма — состояние, в котором кварки и глюоны больше не заперты внутри протонов и нейтронов. Такая материя существовала в первые микросекунды после Большого взрыва.

При меньших энергиях столкновения дают возможность изучать особенно плотное ядерное вещество. Новый анализ охватывает энергии от 3 до 7,7 гигаэлектронвольта на пару нуклонов — протонов или нейтронов. В этой части программы пучок ядер золота направляли на неподвижную золотую мишень. Полученные результаты сопоставили с более ранними измерениями при высоких энергиях. Учёные изучали поперечные импульсы заряженных частиц — их движение поперёк направления пучка. Особое внимание уделили корреляциям: насколько согласованно отклоняются импульсы разных частиц от средних значений.

Такие связи помогают судить о колебаниях температуры и коллективном движении вещества после столкновения. Ожидалось, что зависимость будет меняться плавно. Однако в наиболее центральных столкновениях корреляции сначала уменьшались, достигали минимума, а затем снова возрастали. Отклонение от плавной зависимости имело статистическую значимость около пяти сигма.

Это сильный аргумент в пользу того, что наблюдаемая особенность не является простой случайностью. Одно из возможных объяснений связано с критической точкой. Вблизи неё теплоёмкость вещества должна резко увеличиваться: система способна поглощать больше энергии без заметного повышения температуры.

Температурные колебания тогда подавляются, что может проявиться как обнаруженный «провал». Критическая точка, если она существует, разделяет области с разным характером перехода между обычной ядерной материей и кварк-глюонной плазмой. В одних условиях превращение происходит плавно, в других ожидается резкий фазовый переход.

Однако высокая статистическая значимость сигнала не доказывает именно такую интерпретацию. Исследователи подчёркивают, что существуют и объяснения, не связанные с критической точкой. Для уверенного вывода необходимо сопоставить результат с другими независимыми измерениями и теоретическими моделями. Новые данные помогают уточнять карту состояний материи при высокой температуре и плотности. Это важно для понимания того, как вещество ранней Вселенной превратилось в протоны и нейтроны, а также того, что происходит в недрах нейтронных звёзд.

• Учёные предложили связывать удалённые кубиты колебаниями кристалла
• Учёные создали самые точные атомные часы в мире
• Учёные предложили превращать пластиковые отходы в бензин и дизельное топливо
• ИИ и смешанную реальность впервые объединили при установке зубного импланта
• Капли воды могут повреждать краску микроскопическими электрическими разрядами
• Умные часы завышают расход калорий: учёные проверили четыре популярные модели
• Учёные обнаружили, что сверхтонкие алмазные мембраны способны вырабатывать электричество
• Учёные разработали жевательную резинку, которая может снижать уровень HPV и опасных бактерий во рту