Усовершенствованные модели столкновений тяжелых ионов раскрывают новые детали о материи ранней Вселенной

Симуляция глюонного поля в ядре. При увеличении энергии ядро растет, а его внутренняя структура меняется. Автор: Бьёрн Шенке.

Исследователь Хейкки Мянтюсаари из Университета Ювяскюля (Финляндия) участвовал в работе международной научной группы, добившейся значительного прогресса в моделировании столкновений тяжелых ионов. Новые компьютерные модели предоставляют дополнительную информацию о материи в ранней Вселенной и улучшают наше понимание экстремально горячей и плотной ядерной материи. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Когда атомные ядра сталкиваются на скоростях, близких к скорости света, они образуют новое состояние материи, в котором кварки и глюоны высвобождаются из протонов и нейтронов. Для изучения этой материи, называемой кварк-глюонной плазмой (КГП), ученым необходимо понимать начальные условия, включая форму и плотность энергии создаваемой материи.

Университет Ювяскюля участвовал в международном исследовании, которое усовершенствовало компьютерные модели, симулирующие эти начальные условия вместе со всей динамикой столкновения. Исследователи решили уравнения, описывающие, как внутренняя структура сталкивающихся протонов и ядер меняется с энергией столкновения. Обновленные модели лучше соответствуют картинам частиц, рождаемых при столкновениях, чем старые, предоставляя более четкое представление о рождении КГП.

«Это исследование помогает раскрыть, как ядерная материя ведет себя в экстремальных условиях, подобных тем, что существовали сразу после Большого взрыва. Делая модели этих столкновений более точными, мы можем лучше измерить свойства кварк-глюонной плазмы», — говорит доцент Хейкки Мянтюсаари из Университета Ювяскюля, участвовавший в исследовании.

Исследование движется вперед благодаря сотрудничеству экспериментаторов и теоретиков

Новые модели лучше соответствуют экспериментальным измерениям, проведенным в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL) и Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН).

«Связывая экспериментальные результаты с теоретическими достижениями, исследование открывает путь к более точному определению свойств кварк-глюонной плазмы, улучшая наше понимание материи в экстремальных условиях. Мы также с нетерпением ждем запуска нового Электрон-ионного коллайдера, который начнет работу в Брукхейвене в 2030-х годах и предоставит дополнительные измерения», — поясняет Мянтюсаари.

В Университете Ювяскюля находится всемирно известный Центр передового опыта в области кварковой материи. Конечная цель — понять одно из четырех фундаментальных взаимодействий природы: сильное взаимодействие между фундаментальными строительными блоками обычной материи, кварками и глюонами.

«Международное научное сотрудничество крайне важно, особенно при объединении экспериментальных и теоретических знаний. Эксперименты становятся все более сложными, поэтому как никогда важно, чтобы все стороны понимали, что измеряется и как явления моделируются теоретически. Это также основная мотивация нашего Центра передового опыта: он объединяет теоретиков и экспериментаторов, проводящих измерения в ЦЕРНе. Это общее понимание является ключом к прогрессу в данной области», — говорит Мянтюсаари.

Больше информации: Heikki Mäntysaari et al, Collision-Energy Dependence in Heavy-Ion Collisions from Nonlinear QCD Evolution, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/gf4y-p5j7. OnarXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2502.05138

Источник: University of Jyväskylä

ИИ: Это фундаментальное исследование приближает нас к пониманию того, как была устроена Вселенная в первые мгновения после Большого взрыва. Особенно впечатляет синергия между теоретическим моделированием и экспериментальными данными с коллайдеров — именно такой подход позволяет делать реальные открытия в физике высоких энергий.