原子核がほぼ光速で衝突すると、一時的にクォーク・グルーオンプラズマが生成される。これは、クォークとグルーオンが自由に動き回る、とんでもなく高温の物質状態だ。この物質はほぼ完全な流体のように振る舞い、科学者にビッグバン直後の状態に似た条件を覗かせてくれる。研究者たちはこれまで、プラズマの劇的な渦や強力な電磁場に多くの時間を費やしてきたが、その加速については？ほとんど目を向けられてこなかった。それは残念なことだ。なぜなら、加速こそが火の玉を急速に膨張させる原動力であり、流体力学においては渦度と同様に基本的な量だからだ。ちょうど電場と磁場が電磁気学の両方に不可欠であるように。

復旦大学の物理学者、馬余剛（Yu-Gang Ma）と黄旭光（Xu-Guang Huang）が率いるチームは、このプラズマ内部で加速がどのように形成され、変化するかをマッピングすることにした。彼らは、AMPTとUrQMDという2つの一般的な粒子輸送モデルを、ガウス平滑化法と組み合わせた。この手法により、個々の粒子分布を連続的なエネルギー、運動量、速度場に変換し、プラズマを運動する流体として扱うことができる。そして、衝突エネルギー3.5 GeVから2.76 TeVまでの範囲で加速を追跡した。

「加速は単なる運動学的な詳細ではなく、QCD物質の熱力学的制御パラメータとして機能する可能性があります」と黄教授は述べた。おそらく眼鏡を直しながら。

シミュレーションによると、ピークの固有加速度は、低衝突エネルギーと高衝突エネルギーの両方で数百MeVに達する可能性がある。最も強い横方向の加速は常に外側を向いており、火の玉の外縁近くに潜んでいる。なぜか？圧力がそこでは急速に低下し、エンタルピー密度が低いままであるためだ。相対論的オイラー方程式によれば、これらの2つの要因が互いに強化し合い、加速を増幅させる。つまり、端は基本的に加速のホットスポットであり、そこは避けるべき場所のように聞こえる。

しかし、プラズマはすべてのエネルギーで同じように振る舞うわけではない。低エネルギーでは、原子核の停止が最初に減速を引き起こし、最大約500 MeVの減速を生じる。超相対論的エネルギーでは、原子核は互いを急速に通過するため、新しいプラズマを短時間の激しい加速パルスに引き込む。そして、最も強い加速は境界に沿って留まるため、原子核が正面衝突するか斜めに衝突するかはあまり重要ではない。効果は似ている。劇的な衝突もこれまでだ。

加速はプラズマを動かすだけではないかもしれない。ウンルー効果を通じて、加速する観測者は空の空間を暖かい浴槽のように見るだろう。数百MeVの加速は、QCD転移温度に近い温度に相当する可能性がある。つまり、加速はQCD物質の相構造に新たな「加速軸」を追加する可能性があり、カイラル転移とクォーク閉じ込め転移の両方に影響を与えるかもしれない。また、輸送効果を生成し、粒子スピンの整列に影響を与える可能性もあり、これは渦度効果を補完し、RHICやLHCで見られる奇妙なスピン挙動を説明するのに役立つかもしれない。

研究者たちは、次に計算により現実的な流体力学進化を含める予定だ。また、ハイペロンのスピン偏極のパターンなど、加速の指紋を明らかにできる実験的シグナルを見つけることを期待している。非慣性量子効果を測定可能な粒子挙動と結びつけることで、この研究は強い相互作用によって支配される物質を研究するための新しい道を開く。

「温度と密度が物質の相図を定義するように、加速はその図の新しい軸を開くかもしれません」と黄教授は述べた。「クォーク・グルーオンプラズマのこの隠れた次元をマッピングすることで、非慣性量子効果を実験で実際に測定できるシグネチャに変えたいと考えています。」言い換えれば、彼らは理論上の好奇心を、衝突型加速器で実際に見ることができるものに変えているのだ。それは聞こえるよりもはるかにクールだ。