Berechnungen sagen überraschende Quark-Diffusion in heißer Kernmaterie voraus

Wissenschaftler können leistungsstarke Kollider verwenden, um Atomkerne zusammenzuschlagen und so ein Quark-Gluon-Plasma (QGP) zu erzeugen. Diese „Suppe“ aus Quarks und Gluonen, einigen der Grundbausteine ​​der Materie, füllte das frühe Universum. Wenn man verfolgt, wie sich hochenergetische Quark-Jets durch das QGP bewegen, kann man Informationen über die Eigenschaften des QGP gewinnen.

Die einfachste Annahme der Wissenschaftler ist, dass lokale Wechselwirkungen mit den Quarks und Gluonen diese energiereichen Teilchen ablenken. Aber neuere theoretische Berechnungen, die auch nicht-lokale Quantenwechselwirkungen einbeziehen – also Wechselwirkungen außerhalb der unmittelbaren Umgebung eines Teilchens –, sagen einen superdiffusiven Prozess voraus. Dies bedeutet, dass die komplexen Wechselwirkungen in QGP Quarks schneller und in größeren Winkeln ablenken, als dies durch lokale Wechselwirkungen allein erklärt werden kann.

Frühe Berechnungen, die auf der Theorie der starken Wechselwirkungen basierten, deuteten darauf hin, dass Jets einen Diffusionsprozess durchlaufen würden, der durch zufällige Ablenkungen verursacht wird, wenn die energiereichen Teilchen mit den Quarks und Gluonen interagieren, aus denen das Plasma besteht – ähnlich wie Pollenpartikel auf der Oberfläche eines Teichs von Wassermolekülen „herumgeschleudert“.

Im Gegensatz zu diesen frühen Berechnungen haben Kerntheoretiker am Brookhaven National Laboratory kürzlich herausgefunden, dass die Einbeziehung nicht-lokaler Quanteneffekte – die aus langlebigen Gluonfluktuationen entstehen – erhebliche Abweichungen vom erwarteten Diffusionsmuster im QGP vorhersagt. Die Einbeziehung dieser nicht-lokalen Effekte lässt vermuten, dass energiereiche Jets einen superdiffusiven Prozess durchlaufen werden, der den Winkel des Jets schneller erweitert, als lokale Wechselwirkungen allein erklären können.

Ihre Forschung wurde in der veröffentlicht Zeitschrift für Hochenergiephysik Und Körperliche Untersuchung D.

Die Vorhersagen können getestet werden, indem energiereiche Jets im QGP verfolgt werden, die bei Kollisionen hochenergetischer Schwerionen am Relativistic Heavy Ion Collider (einer Benutzereinrichtung des Energieministeriums am Brookhaven National Laboratory) und am Large Hadron Collider in Europa entstehen.