Sciencemag.cz
Doporučujeme
Neutronové hvězdy, ultrachladné atomové plyny a kvark-gluonové plazma vznikající při srážkách atomových jader na Velkém hadronovém urychlovači (LHC): všechny tyto tři formy hmoty mají mnoho společného. Představují tekutý stav hmoty složený ze silně interagujících částic.
Nová studie vědců z projektu CMS v CERNu provedla dosud nejpřesnější měření rychlosti, kterou se zvuk šíří v kvark-gluonovém plazmatu, a nabízí tak nový pohled na tento extrémně horký stav hmoty.
Zvuk je podélná vlna, která se šíří prostředím a způsobuje stlačování a řídnutí hmoty ve směru svého pohybu. Rychlost zvuku závisí na vlastnostech média, jako je jeho hustota a viskozita.
Na urychlovači LHC vzniká kvark-gluonové plazma ve srážkách těžkých iontů. V těchto srážkách se na velmi malý zlomek sekundy ukládá obrovské množství energie v objemu, jehož maximální velikost odpovídá velikosti jádra atomu. Kvarky a gluony vznikající při srážce se v tomto prostoru volně pohybují a vytvářejí stav hmoty podobný tekutině.
Rychlost zvuku v tomto prostředí lze vypočítat z rychlosti, kterou se mění tlak v závislosti na změnách hustoty energie, nebo z rychlosti, kterou se mění teplota v závislosti na změnách entropie.
Při srážkách těžkých iontů lze entropii odvodit z počtu elektricky nabitých částic emitovaných při srážkách. Teplotu lze naopak odvodit z průměrné příčné hybnosti (hybnosti kolmé k ose srážky) těchto částic.
Na základě dat ze srážek jader olova s olovem při energii 5,02 bilionu elektronvoltů na pár nukleonů (protonů nebo neutronů) kolaborace CMS poprvé změřila, jak se mění teplota v závislosti na entropii v centrálních srážkách těžkých iontů, při nichž se ionty srážejí čelně a téměř úplně se překrývají.
Z tohoto měření získali vědci hodnotu rychlosti zvuku v tomto prostředí, která je téměř poloviční než rychlost světla, a to s rekordní přesnosti: v jednotkách rychlosti světla je kvadrát rychlosti zvuku 0,241. Pomocí střední příčné hybnosti také určili efektivní teplotu kvark-gluonového plazmatu na 219 milionů elektronvoltů (MeV).
Extracting the speed of sound in the strongly interacting matter created in ultrarelativistic lead-lead collisions at the LHC, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2401.06896
Zdroj: CERN / Phys.org, přeloženo / zkráceno
