Fluctuații de impuls în materia nucleară densă: o scădere neobișnuită observată la RHIC
O analiză realizată de colaborarea STAR, folosind date de la Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), a scos la iveală o scădere neașteptată a fluctuațiilor de impuls în coliziunile dintre nuclee de aur, într-o regiune puțin explorată a diagramei de fază nucleare. Rezultatele au fost publicate în Physical Review Letters.
RHIC a funcționat ca facilitate a Departamentului de Energie al SUA la Laboratorul Național Brookhaven între 2000 și 2026. Scopul său a fost crearea de forme exotice de materie, inclusiv plasma quark-gluon și materie cu densitate apropiată de cea din stelele neutronice.
Analiza a acoperit energii de coliziune de la 3 la 7,7 miliarde electronvolți (GeV), cele mai joase energii produse de RHIC, comparate cu date STAR publicate anterior, până la 200 GeV. Cercetătorii au urmărit doar particulele emise la unghi drept față de fascicule și în zona centrală a resturilor de coliziune, pentru a asigura o măsurare constantă de-a lungul a peste două decenii de operare.
Echipa a măsurat abaterea impulsului fiecărei particule de la medie și a comparat aceste abateri de la o ciocnire la alta. Deoarece particulele provenite din materie mai fierbinte au, în medie, un impuls mai mare, comparația urmărește variația temperaturii „mingii de foc” de la o coliziune la alta.
Conform articolului, fluctuațiile de impuls scad abrupt pe măsură ce energia de coliziune crește de la 3 GeV, ating un minim în intervalul 5,2–7,7 GeV și apoi cresc din nou la energii mai mari. Abaterea față de tendința lină are o semnificație statistică de aproximativ 5 sigma — standardul științific pentru declararea unei astfel de deviații ca semnificativă.
Această scădere ar putea indica suprimarea fluctuațiilor de temperatură în regiunea diagramei de fază investigată la aceste energii joase. Suprimarea este exact ceea ce prezice scenariul punctului critic: lângă un punct critic, teoria prevede o creștere dramatică a capacității calorice, astfel încât materia absoarbe energie fără să se încălzească semnificativ, reducând fluctuațiile de temperatură.
Dincolo de punctul critic, la densități și mai mari, fizicienii se așteaptă la o tranziție de fază de ordinul întâi, cu căldură latentă, similară topirii gheții. La cele mai înalte energii ale RHIC, tranziția materiei nucleare este cunoscută ca o trecere lină, fără graniță clară. Localizarea schimbării dintre aceste comportamente este obiectivul căutat.
Deși scăderea observată este compatibilă cu alte posibile indicii ale comportamentului de punct critic, echipa STAR subliniază că noile date nu dovedesc existența acestuia. Un articol teoretic recent a oferit o explicație alternativă, fără punct critic. Comparația cu modelul „A Multi-Phase Transport” (AMPT), care nu include comportament de punct critic, nu reușește să reproducă scăderea observată, ceea ce sugerează că ceva scapă acestui model, fără a stabili însă cauza.
Cercetătorii așteaptă contribuții suplimentare din partea teoreticienilor pentru a interpreta mai bine datele. „Diferite măsurători sunt sensibile la aspecte diferite ale aceleiași fizici, iar fiecare are propriile explicații alternative”, a declarat Chunjian Zhang, co-lider al analizei STAR de la Universitatea Fudan. „Ceea ce este convingător este când măsurători independente încep să indice aceeași direcție.”
