Il plasma di quark e gluoni (QGP) è uno stato emozionante della materia che gli scienziati creano in laboratorio facendo collidere due nuclei pesanti. Queste collisioni producono una palla di fuoco QGP. La palla di fuoco si espande e si raffredda seguendo le leggi dell'idrodinamica, che governano il comportamento dei fluidi in varie condizioni. Alla fine, le particelle subatomiche (protoni, pioni e altri adroni o particelle costituite da due o più quark) emergono e vengono osservate e contate dai rilevatori che circondano la collisione.
Le fluttuazioni nel numero di queste particelle da una collisione all'altra portano informazioni importanti sul QGP. Tuttavia, estrarre queste informazioni da ciò che gli scienziati possono osservare è un compito difficile. Un approccio chiamato principio della massima entropia fornisce una connessione cruciale tra queste osservazioni sperimentali e l'idrodinamica della palla di fuoco QGP.
L'approccio è descritto nella rivista Physical Review Letters .
Quando una palla di fuoco QGP si espande e si raffredda, alla fine diventa troppo diluita per essere descritta dall’idrodinamica. In questa fase il QGP si è “adronizzato”. Ciò significa che la sua energia e altre proprietà quantistiche sono trasportate dagli adroni. Queste sono particelle subatomiche come protoni, neutroni e pioni costituiti da quark. Gli adroni "si congelano":congelano le informazioni sullo stato idrodinamico finale della palla di fuoco QGP, consentendo alle particelle che fluiscono dalla collisione di trasportare queste informazioni ai rilevatori in un esperimento.
La ricerca fornisce uno strumento per utilizzare simulazioni per calcolare le fluttuazioni osservabili nel QGP. Ciò ha consentito ai ricercatori dell’Università dell’Illinois, a Chicago, di utilizzare il congelamento per identificare indizi di un punto critico tra una palla di fuoco QGP e uno stato gassoso adronizzato. Questo punto critico è una delle domande irrisolte degli scienziati sulla cromodinamica quantistica, la teoria delle interazioni forti guidate dai gluoni tra quark.
Le fluttuazioni nel QGP trasportano informazioni sulla regione del diagramma di fase QCD in cui le collisioni "si bloccano". Ciò rende il collegamento delle fluttuazioni idrodinamiche alle fluttuazioni degli adroni osservati un passo cruciale nella traduzione delle misurazioni sperimentali nella mappa del diagramma di fase QCD. Grandi fluttuazioni evento per evento sono segni sperimentali rivelatori del punto critico.
I dati del programma Run-I Beam Energy Scan (BES) presso il Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC) suggeriscono la presenza del punto critico. Per seguire questo suggerimento, i ricercatori hanno proposto un approccio nuovo e universale per convertire le fluttuazioni idrodinamiche in fluttuazioni della molteplicità degli adroni.
L’approccio supera elegantemente le sfide affrontate dai precedenti tentativi di risolvere questo problema. Fondamentalmente, il nuovo approccio basato sul principio della massima entropia preserva tutte le informazioni sulle fluttuazioni delle quantità conservate descritte dall’idrodinamica. La nuova procedura di freeze-out troverà applicazioni nei calcoli teorici delle fluttuazioni e delle correlazioni evento per evento osservate in esperimenti come il programma Beam Energy Scan presso RHIC volto a mappare il diagramma di fase QCD.
Ulteriori informazioni: Maneesha Sushama Pradeep et al, Congelamento massimo dell'entropia delle fluttuazioni idrodinamiche, Lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.130.162301
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
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