원자핵이 거의 빛의 속도로 충돌하면, 잠시 동안 쿼크-글루온 플라즈마가 생성되는데, 이는 쿼크와 글루온이 자유롭게 돌아다니는 터무니없이 뜨거운 물질 상태입니다. 이 물질은 거의 완벽한 유체처럼 행동하며, 과학자들이 빅뱅 직후와 유사한 조건을 엿볼 수 있게 해줍니다. 연구자들은 플라즈마의 극적인 소용돌이와 강력한 전자기장을 관찰하는 데 많은 시간을 보냈지만, 가속도는? 거의 주목하지 않았습니다. 그것은 유감입니다. 왜냐하면 가속도가 파이어볼을 그렇게 빠르게 팽창시키기 때문입니다 - 유체역학에서 가속도는 와도만큼이나 기본적이며, 전기장과 자기장이 전자기학에 모두 필수적인 것과 같습니다.

푸단대학교 물리학자 위강 마와 쉬광황이 이끄는 팀은 이 플라즈마 내부에서 가속도가 어떻게 형성되고 변화하는지 매핑하기로 결정했습니다. 그들은 두 가지 인기 있는 입자 수송 모델인 AMPT와 UrQMD를 가우시안 스무딩 방법과 결합했습니다. 이 방법은 개별 입자 분포를 연속적인 에너지, 운동량, 속도 필드로 변환하여 플라즈마를 운동하는 유체로 취급할 수 있게 합니다. 그런 다음 충돌 에너지 3.5 GeV에서 2.76 TeV까지 가속도를 추적했습니다.

"가속도는 단지 운동학적 세부 사항이 아니라 QCD 물질의 열역학적 제어 매개변수로 작용할 수 있습니다,"라고 황 교수가 말했습니다. 아마도 안경을 고쳐 쓰면서.

시뮬레이션 결과, 최대 고유 가속도는 낮은 충돌 에너지와 높은 충돌 에너지 모두에서 수백 MeV에 이를 수 있음을 보여주었습니다. 가장 강한 횡방향 가속도는 항상 바깥쪽을 향하며 파이어볼의 바깥 가장자리 근처에 숨어 있습니다. 왜일까요? 압력이 그곳에서 빠르게 떨어지고 엔탈피 밀도가 낮게 유지되기 때문입니다. 상대론적 오일러 방정식에 따르면, 이 두 요인은 서로 강화되어 가속도를 증가시킵니다. 그래서 가장자리는 기본적으로 가속도 핫스팟이며, 피하기 좋은 장소처럼 들립니다.

하지만 플라즈마는 모든 에너지에서 동일하게 행동하지 않습니다. 낮은 에너지에서는 핵 정지가 처음에 속도를 늦추어 최대 약 500 MeV의 감속을 생성합니다. 초상대론적 에너지에서는 핵이 서로를 너무 빨리 통과하여 새로운 플라즈마를 짧고 강렬한 가속 펄스로 끌어당깁니다. 그리고 가장 강한 가속도가 경계를 따라 유지되기 때문에 핵이 정면으로 충돌하든 비스듬히 충돌하든 큰 차이가 없습니다. 극적인 충돌은 그만입니다.

가속도는 플라즈마를 움직이는 것 이상을 할 수 있습니다. 운루 효과를 통해, 가속하는 관찰자는 빈 공간을 따뜻한 목욕으로 볼 것입니다. 수백 MeV의 가속도는 QCD 전이 온도 근처의 온도와 유사할 수 있습니다. 이는 가속도가 QCD 물질의 상 구조에 새로운 "가속 축"을 추가할 수 있음을 의미하며, 키랄 전이와 쿼크 구속 전이 모두에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 수송 효과를 생성하고 입자 스핀 정렬에 영향을 미쳐 와도 효과를 보완하고 RHIC과 LHC에서 관찰된 이상한 스핀 거동을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구자들은 다음 계산에 더 현실적인 유체역학적 진화를 포함할 계획입니다. 그들은 또한 가속도의 지문을 드러낼 수 있는 실험적 신호(예: 하이퍼론 스핀 분극 패턴)를 찾기를 희망합니다. 비관성 양자 효과를 측정 가능한 입자 거동과 연결함으로써, 이 연구는 강한 상호작용에 의해 지배되는 물질을 연구하는 새로운 경로를 엽니다.

"온도와 밀도가 물질의 상 다이어그램을 정의하는 것처럼, 가속도는 그 다이어그램의 새로운 축을 열 수 있습니다,"라고 황 교수가 말했습니다. "쿼크-글루온 플라즈마의 이 숨겨진 차원을 매핑함으로써, 우리는 비관성 양자 효과를 실험이 실제로 측정할 수 있는 신호로 전환하기를 희망합니다." 다시 말해, 그들은 이론적 호기심을 충돌기에서 실제로 볼 수 있는 것으로 바꾸고 있으며, 이는 들리는 것보다 훨씬 멋집니다.