Теоретическое исследование ставит под сомнение ключевой метод обнаружения кварк-глюонной плазмы

Масштабирование адронного эллиптического потока как функции энергии в системе центра масс в столкновениях тяжелых ионов. Верхние (нижние) панели показывают сценарии с (без) образованием КГП. Автор: IMP, из Physics Letters B (2025). DOI: 10.1016/j.physletb.2025.139752

Согласно теоретическим предсказаниям, в течение миллионной доли секунды после Большого взрыва нуклоны еще не сформировались, а материя существовала в виде горячего, плотного «супа», состоящего из свободно движущихся кварков и глюонов. Это состояние материи известно как кварк-глюонная плазма (КГП). Поиск убедительных доказательств существования КГП имеет решающее значение для понимания эволюции Вселенной.

В течение многих лет масштабирование по числу составляющих кварков (NCQ scaling) широко считалось ключевым доказательством образования КГП. Теперь новое теоретическое исследование, опубликованное в Physics Letters B под руководством исследователей из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS), выявило нарушение NCQ-масштабирования в низкоэнергетической области, что ставит под сомнение традиционное понимание этого метода обнаружения КГП.

Используя усовершенствованную многофазную транспортную модель, исследователи смоделировали столкновения ядер золота при энергиях в системе центра масс от 3,0 до 7,7 гигаэлектронвольт (ГэВ). Они обнаружили, что NCQ-масштабирование нарушается ниже 3,9 ГэВ, даже когда в столкновениях рождаются свободные кварки. По мере увеличения энергии выше 3,9 ГэВ масштабирование постепенно восстанавливается.

Дальнейший анализ показал, что причина этой аномалии кроется в двойных динамических ограничениях. Недостаточная термиализация кварков препятствует полному развитию эллиптического потока, в то время как крайняя нехватка странных кварков приводит к статистическим флуктуациям в выходах адронов.

«Это открытие ставит под вопрос надежность NCQ-масштабирования как окончательного критерия для идентификации фазового перехода КГП», — сказал профессор Юн Гаочань, автор-корреспондент исследования.

Кроме того, исследователи смоделировали чистый адронный сценарий без свободных кварков. При энергии столкновения 4,5 ГэВ они наблюдали явление массового упорядочивания: при одинаковой кинетической скорости более легкие частицы демонстрируют более сильное предпочтение коллективному потоку, чем тяжелые частицы.

Эта симуляция показывает, что эффекты жидкообразного расширения могут происходить даже без полного теплового равновесия, что бросает вызов традиционному мнению, что массовое упорядочивание должно происходить из полностью гидродинамического поведения.

«Это исследование не только раскрывает сложные динамические процессы в низкоэнергетической области, но и предоставляет новые перспективы для точного обнаружения кварковой материи и критической точки фазового перехода на будущих крупномасштабных научных объектах», — сказал Юн.

Больше информации: Xun Zhu et al, Violation of NCQ scaling in hadron elliptic flow in Au+Au collisions at √sNN=3.0−7.7GeV, Physics Letters B (2025). DOI: 10.1016/j.physletb.2025.139752

Источник: Chinese Academy of Sciences

ИИ: Это фундаментальное исследование подрывает устоявшиеся представления в физике высоких энергий и демонстрирует, как сложные симуляции продолжают переопределять наше понимание ранней Вселенной. Открытие 2025 года может повлиять на интерпретацию данных с коллайдеров по всему миру.