Физики из Университета Фудань впервые составили карту распределения ускорения в кварк-глюонной плазме – экзотическом состоянии материи, которое возникает при столкновении атомных ядер на околосветовых скоростях. Эта плазма, где кварки и глюоны движутся свободно, ведёт себя почти как идеальная жидкость и позволяет изучать условия, существовавшие в первые мгновения после Большого взрыва.
До сих пор учёные подробно исследовали вихревые потоки и электромагнитные поля в плазме, однако её ускорение – одна из фундаментальных гидродинамических характеристик – оставалось малоизученным. Чтобы восполнить этот пробел, исследовательская группа под руководством Юй-Ган Ма и Сюй-Гуан Хуана смоделировала процессы в плазме при энергиях столкновений от 3,5 ГэВ до 2,76 ТэВ. Физики объединили две стандартные модели переноса частиц (AMPT и UrQMD) с методом гауссовского сглаживания. Это позволило им рассматривать плазму как единую эволюционирующую жидкость.
Моделирование показало, что пиковое ускорение в плазме может достигать сотен мегаэлектронвольт. Наиболее сильное поперечное ускорение направлено наружу от центра и концентрируется у внешней границы «огненного шара». Эта область становится зоной максимального ускорения, поскольку давление там резко падает, а плотность энтальпии остаётся низкой. Поведение плазмы зависит от энергии: на низких энергиях сначала происходит замедление до 500 МэВ, а на сверхвысоких ядра пролетают друг сквозь друга, создавая короткие, но мощные импульсы ускорения.
Результаты могут изменить представления о фазовых состояниях материи. Согласно эффекту Унру, для ускоряющегося наблюдателя пустое пространство выглядит как среда с определённой температурой. Ускорение в сотни МэВ может соответствовать температурам, близким к фазовому переходу в квантовой хромодинамике (КХД). Это означает, что ускорение способно выступать новым управляющим параметром состояния материи наравне с температурой и плотностью, добавляя новую «ось» на её фазовую диаграмму. Кроме того, оно может влиять на спины частиц, что поможет объяснить некоторые аномалии, наблюдаемые на коллайдерах RHIC и LHC.
В дальнейшем учёные планируют усовершенствовать гидродинамические расчёты и найти экспериментальные подтверждения своим выводам. Они рассчитывают, что их работа свяжет неинерциальные квантовые эффекты с измеряемыми характеристиками частиц и откроет новое направление в изучении сильного взаимодействия.
