Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kvark-gluonové plazma (QGP) je stavem hmoty za extrémních teplot a tlaků. Předpokládá se, že tato forma existovala jako dominantní krátce po velkém třesku. QGP je tvořeno kvarky a gluony jako běžná hmota, nevytvářejí se zde ale mezony ani baryony (protony a neutrony); jednotlivé kvarky jsou „volné“.
Vědci nyní pátrají po kritickém bodě, kdy by mělo začít docházet k tomu, že kvarkgluonové plazma zamrzá. Graf ukazuje, že fáze přechodu je funkcí hustoty hmoty a tlaku podobně jako třeba ve fázovém diagramu vody – zde tlaku odpovídá čistá baryonová hustota jaderné hmoty (net baryon density for nuclear matter). Fyzikové v rámci nové studie analyzovali data ze srážek zlatých iontů na urychlovači RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) v Brookhavenské národní laboratoři. Graf dále ukazuje rozsah, který pokryly podobné experimenty prováděné na urychlovači LHC v CERNu.
Při srážkách se vytváří kvark-gluonové plazma a zase přechází zpět do běžné jaderné hmoty. Kritický bod je místo v grafu, kdy se typ přechodu z QGP do běžné hmoty mění z plynulého (kdy vedle sebe existují dvě fáze, jako když se za teplého dne postupně rozpouští máslo) na náhlý posun (jako když se voda náhle začne vařit). Jde vlastně o bod, kde „začíná klasická skupenská změna“. Tomu v grafu odpovídá, že vlevo je hranice oddělující obě fáze čárkovaná.
Předchozí studie nalezla náznaky toho typu fluktuací, které vědci očekávají v okolí kritického bodu. Konkrétně se k tomu sleduje počet protonů vzniklých při různých energiích srážek. Protony vznikající při ochlazování QGP mohou sloužit jako zástupce celkové hustoty baryonů. Podle modelu je s rostoucí hustotou baryonů v látce také pravděpodobnější, že se po zamrznutí kvark-gluonového plazmatu tyto protony a neutrony spojí do lehkých jader.
V nové studii se přechod QGP na normální hmotu sledoval pomocí produkce jádra tritia (izotop vodíku s jedním protonem a dvěma neutrony). „Vznik těchto lehkých jader vyžaduje určitou hustotu baryonů,“ uvedl spoluautor studie Dingwei Zhang, člen kolaborace RHIC STAR Collaboration. „Pokud se systém blíží ke kritickému bodu, hustota baryonů velmi kolísá. Chtěli jsme tedy zjistit, zda takové fluktuace uvidíme, a tedy přesně určit kritický bod.“
Data při většině analyzovaných energií srážek odpovídala teoretickým modelům. Ale ve dvou bodech – při srážkách s energiemi 19,6 GeV a 27 GeV – docházelo k prudkým odchylkám, což by mohly být právě hledané fluktuace.
Credit: Brookhaven National Laboratory
M. I. Abdulhamid et al, Beam Energy Dependence of Triton Production and Yield Ratio ( Nt×Np/Nd2 ) in Au+Au Collisions at RHIC, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.202301
Zdroj: Brookhaven National Laboratory / Phys.org
Kvark-glunové plazma na Wikipedia.cz
Poznámka PH: Co ty „neutronové hvězdy“ v grafu?
no vsak se odhaduje, ze qgp muze uvnitr neutronovych hvezd existovat.
odhaduju, ze velky tresk byl na grafu vpravo nahore, velka hustota i velka teplota. neutronovky maji „normalni“ nizsi teplotu, ale vnitrni hustota smerek jadru hvezdy roste, takze tam muze byt prechod z jader do qgp.
dobre, ale v neutronovych hvezdach rozhodne existuji i neutrony (naopak je spis nejasne, co krome nich v nitru atd.). v tom grafu jsou mimo oblast normalni hmoty…
jo to jo, neutronky mely byt jako oblast nekde na dolni ose.
uz vim co mi pripadalo divne, normalni latky, treba fazovy diagram vody ma kriticky bod na konci krivky, ktera roste od nizke teploty a nizkeho tlaku az do kritickeho bodu, kde je vysoka teplota a vysoky tlak.
zde je to jinak a krivka zacina dole vpravo (nizka teplota, vysoky tlak) a roste doleva a kriticky bod ma nizsi tlak a vyssi teplotu.
dekuju, to mi prijde jako velmi dobra poznamka s tim kritickym bodem. jako kdyby „exoticke“ prostredi bylo to s malou hustotou baryonu. hm, velky tresk je na teto krivce tedy kde vlastne, vlevo nahore? btw ke stavovemu diagramu vody. existuji prvky/slouceniny, kde by oba body oddelujici kapalinu splynuly, takze by kapalna faze bez ohledu na teplotu/tlak neexistovala vubec?
za kritickym bodem uz nejde voda zkapalnit jen pomoci zvysovani tlaku, furt zustava v tzv. superkritickem stavu.
takze by bylo zajimave premyslet co je deje ve smesi pri kritickem bodu qgp/hadron. mozna najednou v celem objemu systemu vzniknou/zaniknou hadrony, jakoze hadrony nevzniknou jen v nejake vrstve, ale v celem objemu.
no a jsou tedy latky bez kapalne faze, kriticky bod totozny s trojnym? (mozna by treba mohly byt i zcela bez plynne, protoze bez ohledu na tlak se pri dane teplote pevna latka rozlozi, nez by se s ni mohlo stat cokoliv jineho? ale to je asi jiny pripad). omlouvam se, fyzikalni chemii jsem mel/zkousky delal pred 30 lety a to se stejne neucilo/nezkouselo vubec „premyslivym“ zpusobem.
ne, furt mi to neni jasne. takze ta obdoba „superkriticke oblasti splyvani“ hardonu a QGP zde je jen bod? pokud ne, tak v tom grafu neco chybi (nejaka cara). a pokud ano, pak zase – no ale k prechodu dochazi prece po cele krivce…