_ Câmpurile magnetice foarte puternice lasă amprentă asupra materiei nucleare

O nouă analiză realizată de colaborarea STAR la Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), un ciocnitor de particule la Laboratorul Național Brookhaven al Departamentului de Energie al SUA (DOE), oferă prima dovadă directă a amprenta lăsată de ceea ce ar putea fi cele mai puternice câmpuri magnetice ale universului asupra materiei nucleare „deconfinate”. Dovezile provin din măsurarea modului în care particulele încărcate diferit se separă atunci când ies din ciocniri ale nucleelor ​​atomice la această unitate de utilizare DOE Office of Science.

Așa cum este descris în revista Physical Review X, datele indică faptul că câmpurile magnetice puternice generat în coliziunile decentrate induc un curent electric în quarci și gluoni eliberați, sau deconfinați, de protoni și neutroni prin spargerea particulelor.

Descoperirile oferă oamenilor de știință o nouă modalitate de a studia conductivitatea electrică a această „plasmă quark-gluon” (QGP) pentru a afla mai multe despre aceste blocuri fundamentale ale nucleelor ​​atomice.

„Aceasta este prima măsurătoare a modului în care câmpul magnetic interacționează cu plasma quarc-gluon (QGP) ”, a spus Diyu Shen, un fizician STAR de la Universitatea Fudan din China și lider al noii analize. De fapt, măsurarea impactului acestei interacțiuni oferă dovezi directe că aceste câmpuri magnetice puternice există.

Oamenii de știință au crezut de mult timp că ciocnirile descentrate ale nucleelor ​​atomice grele, cum ar fi aurul, cunoscut și sub numele de ioni grei, ar generează câmpuri magnetice puternice. Acest lucru se datorează faptului că unii dintre protonii încărcați pozitiv care nu se ciocnesc - și neutronii neutri - care alcătuiesc nucleele ar fi învârtiți în timp ce ionii se strecoară unul pe altul la aproape viteza luminii.

„Acei rapid- Mișcarea sarcinilor pozitive ar trebui să genereze un câmp magnetic foarte puternic, estimat a fi de 1018 gauss”, a spus Gang Wang, un fizician STAR de la Universitatea California, Los Angeles. Pentru comparație, el a observat că stelele cu neutroni, cele mai dense obiecte din univers, au câmpuri de aproximativ 1014 gauss, în timp ce magneții de frigider produc un câmp de aproximativ 100 gauss, iar câmpul magnetic protector al planetei noastre de origine măsoară doar 0,5 gauss.

„Acesta este probabil cel mai puternic câmp magnetic din universul nostru.”

Dar pentru că lucrurile se întâmplă foarte repede în ciocnirile cu ioni grei, câmpul nu durează mult. Se risipește în mai puțin de 10-23 de secunde — zece milioane de miliardime de miliardime de secundă — ceea ce face dificil de observat.

Așadar, în loc să încerce să măsoare câmpul direct, oamenii de știință STAR s-au uitat pentru dovezi ale impactului acestuia asupra particulelor care ies din ciocniri.

„În mod specific, ne uităm la mișcarea colectivă a particulelor încărcate”, a spus Wang.

Detectarea deflexiei

p>

Este bine cunoscut faptul că câmpurile magnetice pot afecta mișcarea particulelor încărcate și chiar pot induce câmpuri electromagnetice în forme conductoare ale materiei, cum ar fi metalele. Este același lucru care se întâmplă aici, dar la o scară mult mai mică.

„Am vrut să vedem dacă particulele încărcate generate în coliziunile cu ioni grei decentrați erau deviate într-un mod care ar putea fi explicat doar prin existența unui câmp electromagnetic în bucățile minuscule de QGP create în aceste coliziuni”, a declarat Aihong Tang, un fizician al laboratorului Brookhaven și membru al colaborării STAR.

Echipa a folosit sistemele sofisticate de detectoare ale STAR pentru a urmări mișcarea colectivă a diferitelor perechi de particule încărcate, excluzând influența efectelor neelectromagnetice concurente. Ei au fost cel mai interesați să excludă deviațiile cauzate de quarcii încărcați transportați de-a lungul ca parte a nucleelor ​​care se ciocnesc. Din fericire, acei „quarci transportați” produc un model de deviație opus celui declanșat de curentul electric indus de câmp magnetic, cunoscut sub numele de inducție Faraday.

„În cele din urmă, vedem un model de deflexie dependent de sarcină care poate fi declanșat doar de un câmp electromagnetic în QGP – un semn clar al inducției Faraday”, a spus Tang.

p>Oamenii de știință au văzut acest semnal puternic nu numai în ciocnirile decentrate ale două nuclee de aur la energie mare - aur-aur la 200 de miliarde de electroni volți sau GeV - ci și în ciocnirile decentrate ale nucleelor ​​mai mici - ruteniu-ruteniu și zirconiu-zirconiu, ambele la 200 GeV.

„Acest efect este universal. Se întâmplă nu doar într-un sistem mare, ci și într-un sistem mai mic”, a spus Shen.

Oamenii de știință au văzut un semnal și mai puternic atunci când au analizat datele de la coliziunile aur-aur la o energie relativ scăzută: 27 GeV. Această descoperire oferă mai multe dovezi care susțin că câmpurile magnetice puternice generate de coliziunile decentrate au indus câmpul electromagnetic care devia particulele.

Aceasta se datorează faptului că inducția Faraday are loc pe măsură ce câmpul magnetic se disipează. În ciocnirile cu energie mai mică, acest lucru se întâmplă mai lent.

„Acest efect este mai puternic la energie mai mică, deoarece durata de viață a câmpului magnetic este mai lungă la energie mai mică; viteza fragmentelor nucleare este mai mică, deci câmpul magnetic și efectele sale durează mai mult”, a spus Wang.

Implicații

Acum, că oamenii de știință au dovezi că câmpurile magnetice induc un câmp electromagnetic în QGP, ei pot folosi inducția pentru a sonda conductivitatea QGP.

„Aceasta este o proprietate fundamentală și importantă”, a spus Shen. „Putem deduce valoarea conductivității din măsurarea noastră a mișcării colective. Măsura în care particulele sunt deviate se referă direct la puterea câmpului electromagnetic și la conductivitate în QGP – și nimeni nu a măsurat conductivitatea QGP. înainte.”

Înțelegerea proprietăților electromagnetice fundamentale ale QGP ar putea oferi perspective asupra unor întrebări importante din fizică. În primul rând, câmpurile magnetice care induc efectele electromagnetice pot contribui la o separare interesantă a particulelor în funcție de „mânența” sau chiralitatea acestora.

„Acest studiu oferă dovezi puternice ale câmpului magnetic, care este una dintre precondițiile pentru acest „efect magnetic chiral”, a spus Shen.

Câmpul magnetic și proprietățile electromagnetice ale QGP joacă, de asemenea, un rol în determinarea condițiilor în care quarcii și gluonii liberi, deconfinați, se unesc pentru a formează particule compozite numite hadroni, cum ar fi protonii și neutronii care alcătuiesc nucleele obișnuite.

„Vrem să elaborăm „diagrama de fază” nucleară, care arată la ce temperatură pot fi considerați quarcii și gluonii. liber și la ce temperatură vor „îngheța” pentru a deveni hadroni. Aceste proprietăți și interacțiunile fundamentale ale quarcilor și gluonilor, care sunt mediate de forța puternică, vor fi modificate sub un câmp electromagnetic extrem", a spus Wang.

Cu această nouă sondă a proprietăților electromagnetice ale QGP, a adăugat el, „putem investiga aceste proprietăți fundamentale într-o altă dimensiune pentru a oferi mai multe informații despre interacțiunea puternică.”

Deocamdată, au subliniat oamenii de știință. afară, teoreticienii vor analiza aceste rezultate pentru a ajuta la rafinarea interpretărilor.

(Fluierul)