العلماء يرسمون خريطة أسخن سائل في الكون، يكتشفون أن التسارع أمر مهم للغاية

عندما تتصادم النوى الذرية ببعضها البعض بسرعة تقارب سرعة الضوء، فإنها تُنشئ لفترة وجيزة بلازما كوارك-غلوون، وهي حالة شديدة الحرارة من المادة حيث تتجول الكواركات والغلوونات بحرية. تتصرف هذه المادة مثل سائل شبه مثالي وتتيح للعلماء إلقاء نظرة على ظروف مشابهة لتلك التي أعقبت الانفجار العظيم مباشرة. لقد أمضى الباحثون وقتًا طويلاً في التحديق في الدوامات الدراماتيكية للبلازما ومجالاتها الكهرومغناطيسية القوية، لكن تسارعها؟ بالكاد نظرة. هذا أمر مؤسف، لأن التسارع هو ما يجعل كرة النار تتمدد بسرعة كبيرة - في الديناميكا المائية، هو أساسي تمامًا مثل الدوامية، تمامًا كما أن المجالات الكهربائية والمغناطيسية كلاهما أساسيان للكهرومغناطيسية.

قرر فريق بقيادة فيزيائيي جامعة فودان يو جانغ ما وشو غوانغ هوانغ رسم خريطة لكيفية تشكل التسارع وتغيره داخل هذه البلازما. لقد جمعوا بين نموذجين شائعين لنقل الجسيمات، AMPT و UrQMD، مع طريقة تنعيم غاوسية. هذه الحيلة تحول توزيعات الجسيمات الفردية إلى مجالات مستمرة للطاقة والزخم والسرعة، مما يسمح لهم بمعالجة البلازما كسائل في حركة. ثم تتبعوا التسارع عبر طاقات التصادم من 3.5 GeV وصولاً إلى 2.76 TeV.

"التسارع ليس مجرد تفصيلة حركية - بل قد يعمل كمعامل تحكم ديناميكي حراري لمادة QCD"، قال البروفيسور هوانغ، على الأرجح وهو يعدل نظارته.

أظهرت المحاكاة أن ذروة التسارع الذاتي يمكن أن تصل إلى عدة مئات من MeV عند كل من طاقات التصادم المنخفضة والعالية. أقوى تسارع عرضي يشير دائمًا إلى الخارج ويكمن بالقرب من الحافة الخارجية لكرة النار. لماذا؟ لأن الضغط ينخفض بسرعة هناك بينما تظل كثافة الإنثالبي منخفضة. وفقًا لمعادلة أويلر النسبية، يعزز هذان العاملان بعضهما البعض ويرفعان التسارع. لذا فإن الحافة هي في الأساس نقطة ساخنة للتسارع، وهو ما يبدو مكانًا رائعًا لتجنبه.

لكن البلازما لا تتصرف بنفس الطريقة عند جميع الطاقات. عند الطاقات المنخفضة، يؤدي إيقاف النواة في البداية إلى إبطاء الأمور، مما ينتج تباطؤًا يصل إلى حوالي 500 MeV. عند الطاقات فائقة النسبية، تخترق النوى بعضها البعض بسرعة كبيرة لدرجة أنها تسحب البلازما الجديدة إلى نبضات تسارع قصيرة ومكثفة. ولأن أقوى تسارع يبقى على طول الحدود، فلا يهم كثيرًا ما إذا كانت النوى تصطدم وجهاً لوجه أو بزاوية - التأثير مشابه. إذن، وداعًا للتصادمات الدراماتيكية.

قد يفعل التسارع أكثر من مجرد تحريك البلازما. من خلال تأثير أونروه، سيرى مراقب متسارع الفضاء الفارغ كحمام دافئ. يمكن أن يشبه تسارع عدة مئات من MeV درجات حرارة قريبة من درجة حرارة انتقال QCD. هذا يعني أن التسارع قد يضيف "محور تسارع" جديدًا إلى البنية الطورية لمادة QCD، مما قد يؤثر على كل من الانتقال الكيرالي وانتقال حبس الكواركات. قد يولد أيضًا تأثيرات نقل ويؤثر على محاذاة دوران الجسيمات، مما يكمل تأثيرات الدوامية وقد يساعد في تفسير سلوك الدوران الغريب الذي شوهد في RHIC و LHC.

يخطط الباحثون لتضمين تطور هيدروديناميكي أكثر واقعية في حساباتهم في المرة القادمة. كما يأملون في العثور على إشارات تجريبية - مثل أنماط في استقطاب دوران الهايبرون - يمكن أن تكشف عن بصمات التسارع. من خلال ربط التأثيرات الكمومية غير القصورية بسلوك الجسيمات القابل للقياس، يفتح هذا العمل مسارًا جديدًا لدراسة المادة التي يحكمها التفاعل القوي.

"تمامًا كما تحدد درجة الحرارة والكثافة مخطط الطور للمادة، قد يفتح التسارع محورًا جديدًا لذلك المخطط"، قال البروفيسور هوانغ. "من خلال رسم خريطة لهذا البعد الخفي لبلازما كوارك-غلوون، نأمل في تحويل التأثيرات الكمومية غير القصورية إلى تواقيع يمكن للتجارب قياسها بالفعل". بعبارة أخرى، إنهم يحولون فضولًا نظريًا إلى شيء يمكنك رؤيته فعليًا في مصادم، وهو أروع بكثير مما يبدو.