Un team di scienziati sta esplorando il punto critico nel diagramma di fase della cromodinamica quantistica utilizzando acceleratori di particelle e nuove simulazioni. Il loro obiettivo è osservare direttamente la transizione tra plasma di quark e gluoni e fasi adroniche, potenziata dai progressi teorici e sperimentali del programma Beam Energy Scan.
la transizione tra plasma di quark e gluoni
Un team di ricercatori sta conducendo esperimenti alla ricerca di prove di un possibile punto critico nel diagramma di fase della cromodinamica quantistica (QCD). La cromodinamica quantistica descrive come la forza forte lega insieme quark e antiquark per formare protoni, neutroni e altre particelle note come adroni. Il punto critico è simile al punto finale della transizione da liquido a gas nell’acqua comune.
Gli indicatori chiave di questo punto critico che gli scienziati possono osservare sono correlati ai cambiamenti nel numero di particelle prodotte nelle collisioni degli acceleratori di particelle . La modellazione di questi osservabili richiede un’estensione del framework standard di come si comportano liquidi e gas. Gli scienziati hanno ora sviluppato un algoritmo per eseguire simulazioni di un fluido critico e hanno testato tali simulazioni.
L’osservazione della fluttuazione critica in una collisione di ioni pesanti segnerebbe la prima osservazione diretta di un cambiamento di fase tra il plasma di quark e gluoni e una fase adronica. Questo è il punto in cui quark e gluoni sono confinati negli adroni. L’interpretazione dei risultati di esperimenti correlati richiede nuovi strumenti teorici.
In particolare, l’interpretazione necessita di un framework fluidodinamico che incorpori le fluttuazioni, ovvero il modo in cui pressione, velocità e altri fattori possono cambiare nei liquidi e nei gas. Questo lavoro è un contributo importante a questo sforzo. In futuro, i ricercatori sperano di utilizzare questi metodi per collegare i dati con idee teoriche sulla natura della temperatura e della pressione nella materia di quark e gluoni.
Il programma Beam Energy Scan (BES) presso il Relativistic Heavy Ion Collider , una struttura utente del Dipartimento dell’Energia presso il Brookhaven National Laboratory, studia la dipendenza energetica degli osservabili di fluttuazione nelle collisioni di ioni pesanti. L’obiettivo di questo studio è individuare un possibile punto critico associato alla transizione di fase verso un plasma di quark e gluoni.
L’interpretazione dei risultati del programma BES richiede un framework di dinamica dei fluidi che incorpori le fluttuazioni nelle variabili di dinamica dei fluidi, densità barionica, densità di entropia e velocità del fluido.
In questa ricerca, gli scienziati hanno costruito un tale framework e lo hanno testato nella simulazione di un fluido statico vicino al punto critico. Il lavoro futuro assocerà i loro risultati all’espansione della palla di fuoco creata in una collisione di ioni pesanti. Ciò consentirà ai ricercatori di localizzare il punto critico o di porre vincoli alla sua posizione.