Dans quelle mesure la matière nucléaire dense est-elle « collante » ?

La collision de noyaux atomiques lourds crée une soupe fluide composée des éléments constitutifs fondamentaux de la matière visible, des quarks et des gluons. Cette soupe a une très faible viscosité, une mesure de son « caractère collant » ou de sa résistance à l’écoulement.

Les théoriciens ont réalisé la première étude systématique visant à déterminer si et comment cette viscosité change sur une large gamme d’énergies de collision. Le travail prend en compte les changements qui se produisent lorsque les noyaux en collision se croisent. Le travail est publié dans la revue Lettres d’examen physique.

Les calculs prédisent que la viscosité du fluide augmente avec la densité nette des baryons, c’est-à-dire l’abondance relative des baryons (particules constituées de trois quarks, comme les neutrons et les protons qui composent les noyaux en collision) par rapport aux antibaryons (qui sont produits lors de la collision).

Cette analyse a déterminé les meilleurs paramètres pour adapter de nouvelles simulations aux données expérimentales de collisions de noyaux d’or à différentes énergies. Il prévoyait une augmentation de la viscosité avec une densité nette de baryon croissante. Cela est conforme à certaines prédictions théoriques, mais pas à toutes. À l’avenir, les scientifiques utiliseront ce même cadre théorique pour incorporer des données supplémentaires provenant d’une gamme d’énergies de collision.

Ces simulations étendues ne fourniront pas seulement des informations sur les viscosités. Ils offriront également des données sur l’ensemble du diagramme de phases de la matière nucléaire, qui montre comment la matière nucléaire varie d’un solide, d’un liquide, d’un gaz ou d’un plasma en fonction de la température et de la densité des baryons.

Ce travail combine des simulations de dynamique des fluides visqueux de pointe dans les trois dimensions spatiales avec des modèles dynamiques nouvellement développés de la phase initiale des collisions pour décrire les collisions d’ions lourds au niveau Collisionneur d’ions lourds relativiste (RHIC), une installation utilisateur du ministère de l’Énergie, sur une large gamme d’énergies de collision.

L’intégration de l’évolution de l’état initial permet la génération continue de matière nucléaire fluide à mesure que les noyaux en collision se traversent. Ceci est particulièrement important aux énergies de faisceau faibles où l’hypothèse d’une collision instantanée n’est pas valide.

Dans cette recherche, une équipe de théoriciens du Brookhaven National Laboratory, du Lawrence Berkeley National Laboratory, de l’Université de Californie à Berkeley et de la Wayne State University ont utilisé ce modèle polyvalent pour effectuer des calculs événement par événement prenant en compte les fluctuations de la géométrie initiale du corps en collision. noyaux et la forme résultante de la boule de feu produite.

Les chercheurs ont varié et limité les paramètres du modèle, qui incluent les viscosités de la matière produite ainsi que les propriétés de l’état initial, pour effectuer une analyse statistique à partir des données expérimentales collectées lors du Beam Energy Scan (BES) du RHIC.

Cette analyse basée sur des données sur la façon dont les viscosités dépendent de la densité nette du baryon était basée sur 5 millions d’événements de collision simulés numériquement. Les chercheurs peuvent désormais comparer cette analyse à des calculs théoriques purs. Le même cadre peut être appliqué aux mesures de la phase II du BES au RHIC et au futur centre de recherche sur les antiprotons et les ions (FAIR) en Europe.