东方时讯网对相对论重离子对撞机(RHIC)不同类型粒子碰撞中粒子如何流动的新测量，为了解这些碰撞中产生的物质热点形状的起源提供了新的见解。这些结果可能会导致人们更深入地了解这种物质形式(称为夸克胶子等离子体(QGP))的性质和动力学。
QGP是夸克和胶子的汤，它们构成宇宙中所有可见物质核心的原子核的质子和中子。科学家认为，大约140亿年前大爆炸之后，质子和中子形成之前，整个宇宙就充满了QGP。RHIC是美国能源部科学办公室布鲁克海文国家实验室核物理研究用户设施，通过以接近光速的速度碰撞原子核来创建QGP。碰撞融化了质子和中子的边界，暂时将夸克和胶子从这些普通核构件(统称为核子)内的束缚中释放出来。
对RHICSTAR探测器数据的新分析表明，小原子核与大原子核碰撞时产生的QGP的形状可能会受到较小弹丸的子结构的影响，即质子和胶子内部夸克和胶子的内部排列。较小原子核的中子。这与RHICPHENIX探测器数据的出版物形成鲜明对比，该出版物报道QGP形状是由单个核子的较大尺度位置决定的，从而决定了碰撞核的形状。
“QGP的形状是由核子的位置还是由其内部结构决定的问题一直是该领域长期存在的问题。STAR合作最近进行的测量为帮助解决这个问题提供了重要线索，”石溪大学教授、STAR论文的主要作者罗伊·莱西说道。
事实证明，STAR和PHENIX结果的差异可能是由于两个探测器各自的测量方式造成的，每个探测器从不同的角度观察QGP液滴。
跟踪两个粒子的相关性
正如STAR合作团队在《物理评论快报》上刚刚发表的一篇论文中所报告的那样，他们的测量结果来自于对主要出现在探测器中心、束流管周围的粒子的分析。通过观察这个“中速”区域中粒子对之间的角度，物理学家可以检测是否有更多粒子沿特定方向流动。
布鲁克海文实验室和石溪大学的物理学家贾江勇说：“你使用一个粒子来确定方向，并使用另一个粒子来测量它周围的密度。”颗粒的角度越接近，该方向的密度越高/颗粒越多。
这些流动模式可以通过与QGP形状相关的压力梯度来建立。STAR团队分析了三种不同碰撞系统的流动模式：单个质子与金核碰撞;两个核子氘核(一个质子和一个中子)与金碰撞;以及三核氦-3核(两个质子和一个中子)与金碰撞。这些数据是在2014年(氦气)、2015年(质子)和2016年(氘核)的三次独立运行中收集的。
PHENIX的流量结果基于中速粒子与在探测器前部区域发射的粒子之间的相关性。该分析发现，在这三个碰撞系统中建立的QGP斑点和流动模式与与金核碰撞的射弹的形状有关：球形质子产生具有均匀流动的QGP圆形液滴，细长的双粒子氘核产生细长的液滴和椭圆形流动模式，以及大致三角形的三粒子氦3核产生了QGP的三角形斑点，具有相应更强的三角形流动。
布鲁克海文实验室物理系核物理副主任詹姆斯·邓洛普(JamesDunlop)表示：“在PHENIX的椭圆形和三角形流量测量中，你可以看到原子核形状的清晰印记。”
相比之下，负责STAR分析的石溪大学研究科学家黄胜利表示，“无论我们观察哪一种射弹，STAR的‘v3’三角形流动模式都是相同的。似乎是氦3核的三角形形状不存在，它比其他两个系统产生更明显的v3流动模式。我们的研究结果表明，核子子结构波动在确定QGP形状方面比核子数量的变化起着更重要的作用以及他们的立场。”
筑波大学助理教授TakahitoTodoroki对STAR分析进行了独立交叉检查，发现了相同的结果。
该图显示了不对称碰撞(例如氘核-金)中三角流的三种可能来源的相互作用：核子位置(核形状)的波动，核子位置及其内夸克和胶子成分的波动，以及沿着通常提到的光束方向的波动作为纵向去相关。图片来源：布鲁克海文国家实验室
一个观点问题
Dunlop表示：“STAR和PHENIX的两组测量数据都经过了双方合作中的独立团队的严格检查，结果毫无疑问。”
理论家提出了一些解释。
“虽然STAR结果可以解释为亚核子波动在确定QGP几何形状和消除三角形的影响方面发挥着重要作用，而PHENIX结果表明QGP形状是由核子位置波动决定的，但实验是不一定不一致，”布鲁克海文实验室理论家BjoernSchenke说。“考虑到QGP斑点沿纵向变化的事实可以解释这种差异。”
正如贾江勇解释的那样，“当碰撞产生QGP时，你产生的不仅仅是QGP的一个切片;你可以把它想象成沿着光束方向的圆柱体。如果你走到圆柱体的前端，几何形状可能不会就像你直接看这个圆柱体的中间一样。沿着光束方向可能会有很多波动。”
STAR在中速测量，而PHENIX对中速粒子与纵向遥远“前向”粒子之间相关性的分析可能反映了QGP的这种纵向演化。这种观点的差异可以解释不同的结果。
申克最近领导的一项理论分析发现了这种纵向波动的证据。这项工作还包括亚核子波动，表明QGP的纵向变化至少可以解释STAR和PHENIXv3结果之间的部分差异。
“这些结果强调了QGP物理的丰富性，以及比较不同探测器结果的重要性，”邓洛普说。
未来分析
STAR物理学家计划通过分析STAR在2021年收集的氘核-金碰撞的额外数据来探索这些解释。这些测量利用了自原始氘核安装以来安装在该探测器前部区域的STAR升级组件-收集黄金数据。
黄说：“通过分析这些数据，我们应该能够在同一个探测器中进行两种测量——查看中中粒子相关性和中前向相关性。”
如果科学家们证实了本文发表的结果和PHENIX之前的结果，那么这将是QGP纵向波动的明确证据。
此外，RHIC还在2021年部分运行中进行了两束氧核之间的碰撞。分析每个由16个核子组成的大致球形原子核碰撞之间的数据，有助于理清亚核子涨落对核形状的影响。
“通过添加更多的核子，我们削弱了每个核子内波动的影响，”贾说。“我们已经知道，在金-金碰撞中，有197个核子，亚核子波动不会影响流动模式，但如果你选择不太大的东西会发生什么?”
“因为我们有相同的碰撞系统(氘核-金)，所以现在我们可以在同一个实验中使用相同的碰撞系统重复之前的PHENIX和STAR测量。这将使我们能够直接量化任何观察到的纵向变化对STAR和PHENIX结果之间的差异。”