Când nucleele atomice se ciocnesc între ele la viteze apropiate de viteza luminii, ele creează pe scurt plasmă de quarci și gluoni, o stare a materiei absurd de fierbinte în care quarcii și gluonii se mișcă liber. Acest material se comportă ca un fluid aproape perfect și le permite oamenilor de știință să arunce o privire asupra unor condiții similare cu cele de imediat după Big Bang. Cercetătorii au petrecut mult timp uitându-se la vârtejurile dramatice ale plasmei și la câmpurile sale electromagnetice puternice, dar la accelerația sa? Abia o privire. Este o rușine, pentru că accelerația este cea care face ca mingea de foc să se extindă atât de repede - în hidrodinamică, este la fel de fundamentală ca vorticitatea, la fel cum câmpurile electrice și magnetice sunt ambele esențiale pentru electromagnetism.

O echipă condusă de fizicienii de la Universitatea Fudan, Yu-Gang Ma și Xu-Guang Huang, a decis să cartografieze modul în care se formează și se schimbă accelerația în interiorul acestei plasme. Au combinat două modele populare de transport de particule, AMPT și UrQMD, cu o metodă de netezire gaussiană. Acest truc transformă distribuțiile individuale de particule în câmpuri continue de energie, impuls și viteză, permițându-le să trateze plasma ca pe un fluid în mișcare. Apoi au urmărit accelerația la energii de coliziune de la 3,5 GeV până la 2,76 TeV.

„Accelerația nu este doar un detaliu cinematic – poate acționa ca un parametru termodinamic de control al materiei QCD”, a declarat profesorul Huang, probabil în timp ce își ajusta ochelarii.

Simulările au arătat că accelerația proprie de vârf poate atinge câteva sute de MeV atât la energii de coliziune mici, cât și mari. Cea mai puternică accelerație transversală indică întotdeauna spre exterior și se ascunde lângă marginea exterioară a mingii de foc. De ce? Pentru că presiunea scade rapid acolo, în timp ce densitatea entalpiei rămâne scăzută. Conform ecuației relativiste a lui Euler, acești doi factori se întăresc reciproc și măresc accelerația. Deci marginea este practic un punct fierbinte de accelerație, ceea ce sună ca un loc minunat de evitat.

Dar plasma nu se comportă la fel la toate energiile. La energii mai mici, oprirea nucleară încetinește inițial lucrurile, producând decelerații de până la aproximativ 500 MeV. La energii ultrarelativiste, nucleele trec una prin cealaltă atât de repede încât smucesc noua plasmă în impulsuri scurte și intense de accelerație. Și pentru că cea mai puternică accelerație rămâne de-a lungul graniței, nu contează prea mult dacă nucleele se lovesc frontal sau într-un unghi - efectul este similar. Deci, la naiba cu coliziunile dramatice.

Accelerația ar putea face mai mult decât să miște plasma. Prin efectul Unruh, un observator accelerat ar vedea spațiul gol ca pe o baie caldă. O accelerație de câteva sute de MeV ar putea semăna cu temperaturi apropiate de temperatura de tranziție QCD. Asta înseamnă că accelerația ar putea adăuga o nouă „axă de accelerație” structurii de fază a materiei QCD, afectând potențial atât tranziția chirală, cât și tranziția de confinare a quarcurilor. Ar putea genera, de asemenea, efecte de transport și să influențeze alinierea spinului particulelor, ceea ce ar completa efectele de vorticitate și ar putea ajuta la explicarea comportamentului ciudat al spinului observat la RHIC și LHC.

Cercetătorii plănuiesc să includă o evoluție hidrodinamică mai realistă în calculele lor în continuare. De asemenea, speră să găsească semnale experimentale - cum ar fi modele în polarizarea spinului hiperonilor - care ar putea dezvălui amprentele accelerației. Prin conectarea efectelor cuantice non-inerțiale cu comportamentul măsurabil al particulelor, această lucrare deschide o nouă cale pentru studierea materiei guvernate de interacțiunea tare.

„Așa cum temperatura și densitatea definesc diagrama de fază a materiei, accelerația poate deschide o nouă axă a acelei diagrame”, a declarat profesorul Huang. „Prin cartografierea acestei dimensiuni ascunse a plasmei de quarci și gluoni, sperăm să transformăm efectele cuantice non-inerțiale în semnături pe care experimentele le pot măsura efectiv.” Cu alte cuvinte, transformă o curiozitate teoretică în ceva ce poți vedea efectiv la un accelerator, ceea ce este mult mai cool decât pare.