Relativist Heavy Ion Çarpıştırıcı (RHIC) ‘de parçacık çarpışmalarından veri toplayan ve analiz eden bir grup fizikçi olan Star İşbirliği üyeleri, bir dizi enerji üzerinde altın iyon parçalarında üretilen proton sayısı hakkında yeni bir yüksek hassasiyetli veri analizi yayınladı.
Yayınlanan sonuçlar Fiziksel İnceleme Mektuplarıbilim adamlarının anahtar imzasının bir kısmını gözlemlemelerini önerin. “Kritik nokta.” Bu benzersiz bir nokta “harita” kuarklarda ve gluonlarda bir değişikliği işaretleyen nükleer fazların, protonların ve nötronların yapı taşları, maddenin bir aşamasından diğerine geçiş.
Kritik noktayı keşfetmek, Doe’s Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki Nükleer Fizik Araştırmaları için ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Bilim Kullanıcı Tesisi RHIC’de araştırmaın merkezi bir hedefi olmuştur. Su gibi maddelerin katı, sıvı ve gazlı fazlarını haritalamak için asırlık çabalar gibi, kuark-gluon plazmasını tam olarak anlamak ve tanımlamak için gerekli kabul edilir.
Bu eşsiz nükleer madde biçimi, RHIC’in en enerjik nükleer çarpışmaları tarafından üretilir, bu da etkili bir şekilde “eritmek” Çarpışan altın iyonlarını oluşturan protonlar ve nötronlar, bir zamanlar erken evrenimizi dolduran neredeyse mükemmel bir sıvı durumu oluşturmak için en içteki yapı taşlarını kısaca kurtarır.
Yeni sonuçlar, yıldızın kritik bir noktanın daha erken cezbedici ipuçlarına olan güvenini artırıyor – nükleer maddenin sıcaklığına ve yoğunluğuna bağlı olarak bu erime nasıl meydana geldiğine bir geçiş. Ancak bilim adamları, anahtar imzanın başka bir kısmı kendini ortaya çıkarana kadar keşif beyan etmeye hazır değiller-muhtemelen hala analize olacak yıldız verilerinde.
“Son bulgulardan bu yana Star, dedektördeki her zamankinden daha geniş alanlarda daha fazla parçacık izlememize izin veren birçok yeni ve yükseltilmiş dedektör bileşeni kullanarak büyük bir veri kümesi koleksiyonu üstlendi.” dedi Ashish Pandav, Doe’s Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan (Berkeley Lab) ve analiz çabalarına öncülük edenler arasında bir yıldız ortak çalışanı. “Buna ek olarak, RHIC’in hızlandırıcı ekibi, düşük enerjide bile çarpışma oranlarını artırmak için yenilikçi teknikler uyguladı.”
Bu dedektör ve hızlandırıcı iyileştirmeleri ile Star Ekibi, çeşitli çarpışma enerjisinde eşi görülmemiş bir miktar yüksek hassasiyetli veri topladı. “Bu ölçümler, verilerdeki çok ince sapmalar veya ince desenler gözlemlememize izin veriyor,” Dedi Pandav.
Berkeley Lab, projenin başlangıcından bu yana Star’da (RHIC’deki solenoidal izleyici) merkezi bir rol oynadı. Laboratuar mühendisleri, dedektörün birincil izleme sistemi olan zaman projeksiyon odasının (TPC) tasarımını ve yapımını yönetti. Personel ayrıca, dedektörün hassasiyetini ve yeni ölçümde kullanılan verileri önemli ölçüde genişleten TPC’nin (ITPC) yeni iç bölümlerinin oluşturulmasında önemli bir rol oynamıştır. Ve RHIC’deki farklı enerjilerde altın iyonlarını çarpışan ışın enerjisi tarama programı 2004 yılında Berkeley Lab’da tasarlandı.
“Berkeley Lab bilim adamları, son yirmi yıldır RHIC’deki ışın enerji tarama programlarının arkasında itici bir güç olmuştur,” dedi Berkeley laboratuarında Star deneyinde çalışan bir bilim adamı olan Xin Dong. “Hem deneyi hem de teoriyi zorluyoruz çünkü atomları ve erken evrenimizi gerçekten temel bir düzeyde anlamak istiyoruz.”
Laboratuarın Nükleer Bilim Bölümü’ndeki bilim adamları da teorik anlayışlara katkıda bulundular ve laboratuvarın Ulusal Enerji Araştırma Bilimsel Bilişim Merkezi (NERSC) süper bilgisayar tesisi kullanılarak çok miktarda çarpışma ve simülasyon verisi işlendi.
“Yeni Yıldız Verileri, teori topluluğunda zaten önemli bir heyecanı tetikledi,” Berkeley laboratuvar nükleer teorisyeni Volker Koch dedi. “Şimdi, malzemeleri bir araya getirmek ve verilerin bize güçlü etkileşimlerdeki faz yapısı hakkında nasıl anlatabileceğini anlamak teorisyenlere bağlıdır.”
İnce işaretler, yüksek dereceli analiz
“Kritik noktayı bulmak nükleer faz diyagramına bir dönüm noktası olurdu,” Dedi Xiaofeng Luo, Central China Normal Üniversitesi ve analizin liderlerinden bir yıldız işbirlikçisi. “Evrenin doğumundan nötron yıldızlarının çekirdeklerine kadar, olayın aşırı koşullar altında nasıl davrandığına dair anlayışımızda temel bir kilometre taşını işaretleyecektir.”
Kritik bir noktaya dair kanıt bulmak için, bilim adamları etkinliğe göre çarpışmalar olayından ortaya çıkan proton sayısında dalgalanma belirtileri arıyorlar. Türbülans havayolu yolcuları bir düzlem bir buluta girerken deneyimlediği gibi, çarpışmalarda oluşturulan koşullar kritik noktaya yaklaştıkça bu tür dalgalanmalar beklenir.
Ancak nükleer ortamdaki dalgalanmalar belirtileri, bir uçakta koltuk sırt tepsilerinden sıçrayan içecekler ve atıştırmalıklar kadar açık değildir. İle “Görmek” Onları, bilim adamları çarpışmalarda üretilen basit proton sayısının ötesine bakmalıdır. “daha yüksek sipariş” Bu sayıların nasıl dağıtıldığının yönlerini tanımlayan istatistiksel analizler.
Bu yüksek istatistiksel siparişler, örneğin, değerlerin yayılmasını, merkezi değere göre bir şekilde eğilimli olup olmadıklarını ve veri noktaları bir grafikte çizildiğinde piklerin ve kuyrukların ne kadar keskin veya geniş olduğunu içerir.
“Sipariş ne kadar yüksek olursa, dağılım şeklinin özellikleri o kadar ince olur ve bu özellikleri görebilmeniz gereken hassasiyet o kadar yüksek olur,” dedi Mikhail Stephanov, Illinois Üniversitesi’nde nükleer teorisyen, yıldız bilim adamlarının gözlemlemesi gerektiği konusunda tahminlerde bulundu.
Stephanov, deneylerin bu dalgalanma özelliklerini farklı çarpışma enerjilerinde ölçtüğünü belirtti. Kritik bir nokta olmadan, bu yüksek dereceli değerlerin düz kalması veya sadece bir yönde değişmesi beklendiğini, örneğin çarpışma enerjisi azaldıkça yukarı veya aşağı gitmesi bekleniyor.
Ancak kritik bir nokta varsa, Stephanov’un teorik hesaplamaları, zirve/kuyruk keskinlik değerinin – daha resmi olarak bilinen “kurutoz”- önce düşmeli, sonra dönüp taban çizgisinin üzerine çıkmalı ve sonra tekrar aşağı dönün.
“Bu yön değişiklikleri, başka noktalarda gerçekleşmeyen bir şeyin olduğu belirli bir enerji olduğu anlamına gelir,” dedi. “Sanki bir uçak – tırmanma, inen veya seyir – türbülansa sahip gibi. Her zamanki sabit hızlanma yerine, yolcular ivme yönünde ani değişimler hissediyorlar. Uçağın atmosferde önemli bir şeyin olduğu bir noktadan geçtiği açık bir sinyaldir.”
Böyle bir türbülansı tetikleyebilen farklı hava sistemleri arasındaki sınır gibi, kritik nokta olarak düşünülebilir. “ön” Nükleer maddenin kuarklara ve gluonlara eridiği iki farklı yol arasında.
Kısmi İmza
Uçak benzetmesinde, yolcuların türbülansın üst düzey istatistiksel analizindeki değişikliği fark etmeyeceklerdir.
“Çok ince” Stephanov kaydetti. “Bu değişikliği tespit etmek için özel bir araca ihtiyacınız var.”
Ancak yıldız dedektörü gerçekten hassas bir enstrümandır. En son proton üretim verilerinde, artık öngörülen kourtoz değişikliklerinin en azından bir kısmının bugüne kadarki en güçlü endikasyonlarına sahiptir.
Kritik bir nokta yoksa, temel beklentilerle karşılaştırıldığında, “20 milyar elektron volt civarında (GEV) bir RHIC altın-iyon çarpışma enerjisinde kurutoz verilerinde net ve belirgin bir minimum görüyoruz.” Dedi Pandav.
Çarpışma enerjisi daha da düştükçe, basıklık değerleri tekrar yükselir ve 7.7 GEV’de taban çizgisi aralığında kare olmaya geri döner. Teorisyenler tarafından türetilen çeşitli temel hesaplamalara göre bu daldırma ve müteakip artış, kritik bir noktanın beklenen imzasının yarısını temsil edebilir. “Kullanılan taban çizgisi değerine bağlı olarak, bu iki ila beş sigma seviyesinde – istatistiksel olarak önemli bir aralık,” Dedi Pandav.
Ancak 7.7 GEV enerji seviyesinin altında ne olur? STAR’ın 3 GEV’de sabit hedef çarpışmalarından zaten yayınlanmış bir ek veri noktası var. Bu enerjideki proton basıklık değeri, 7.7 GEV değerinin biraz altına düştüğü görülmektedir, ancak yine de temel değerler aralığında.
“7.7 ile 3 GEV arasında hala büyük bir boşluk var,” Dedi Stephanov. Kurutoz değeri taban çizgisinin üzerine çıkıyor ve teoriye dayalı imza öngördüğü gibi geri dönüyor mu? STAR, bu sorunun en azından bir kısmını zaten eldeki ek sabit hedefli düşük enerjili çarpışmalardan gelen ek verilerle cevaplayabilecek.
“Gelecekte çok yakında ortaya çıkacak; Yıldız için yapılacaklar listesinde,” dedi Shinichi Esumi, Tsukuba Üniversitesi’nden bir yıldız işbirlikçisi ve analizin başka bir lideri.
“Bu sonuçlar, nükleer faz diyagramını tam olarak haritalamak için 15 yıldan fazla sürdürülebilir küresel çabayı yansıtıyor,” Bedangadas Hindistan Ulusal Bilim Eğitimi ve Araştırma Enstitüsü Mohanty. Mohanty, Berkeley Lab’da eski bir doktora sonrası araştırmacıdır ve Beam Energy tarama programının şekillendirilmesinde öncü bir rol oynamıştır.
Yıldız ekibi ayrıca, kritik nokta için öngörülen imzaları tanımlayan teoride daha fazla iyileştirmeyi dört gözle bekliyor.
“Şimdiye kadar, imzalar, kritik bir noktadan bekleyebilecekleri, en azından görebildiğimiz bir kısmı, ancak yine de kritik bir noktanın bu tür imzalar nasıl ürettiğini çok daha iyi anlamamız gerekiyor,” Dedi Stephanov. “Ve bir teorisyen olarak, beklenen imzaları daha iyi ölçmek için hala yapılacak iş olduğunu söyleyebilirim.
“Sonunda,” dedi, “Gördüğümüz imzaları nükleer faz diyagramının özelliklerine çevirmek istiyoruz – nükleer maddelerin fazlarının değişen sıcaklık ve baryon yoğunluğu ile nasıl değiştiğinin ‘haritası’. Ama önce kritik noktanın orada olduğuna ikna olduğumuzdan emin olmalıyız.”
Bu Star işbirliği analizinde doruğa ulaşan çaba, sonuçları gözden geçirmek ve incelemek için zaman dilimlerinde haftada iki kez düzenli toplantılar düzenleyen dünyanın dört bir yanındaki kurumlardan bir grup bilim adamı tarafından desteklendi. Bu başarılar, tüm yıldız işbirliğinin sürekli özveri ve desteği ile mümkün oldu. RHIC’in Brookhaven Lab’ın Çarpıştırıcı-Acceleratör Departmanındaki personel tarafından uzman operasyonu, bu çalışmada kullanılan yüksek kaliteli verileri sağlamak için kritikti.
