Brookhaven Milli Laboratoriyası tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Bu, ATLAS tərəfindən 2015-ci ilin noyabr ayında qeydə alınan ağır ion toqquşması hadisəsinə bir nümunədir. Bu təhlildə 2015-ci ilin bütün sınaqlarından əldə edilən məlumatlar istifadə edilmişdir. Daxili izləmə detektorundakı zərbələrdən bərpa edilmiş relslər solenoid maqnit sahəsində əyri narıncı qövslər kimi göstərilir. Yaşıl və sarı zolaqlar müvafiq olaraq Maye Arqon və Parıldayan Plitə kalorimetrlərində enerji yataqlarını göstərir. Mənbə: ATLAS Əməkdaşlıq

Avropa Nüvə Tədqiqatları Təşkilatı olan CERN-də yerləşən dünyanın ən güclü hissəcik toqquşdurucusu olan Böyük Hadron Toqquşmasından (LHC) əldə edilən məlumatları təhlil edən alimlər, bu toqquşmalardan axan hissəciklərdə müşahidə edilən “axın” nümunəsinin həmin hissəciklərin kollektiv davranışını əks etdirdiyinə dair yeni dəlillərə sahibdirlər. Ölçmələr, hissəciklərin paylanmasının, Böyük Partlayışdan dərhal sonra kainatın necə olduğunu təqlid edən bu toqquşmalarda yaranan ekstremal şəraitin yaratdığı təzyiq qradiyentləri ilə necə idarə olunduğunu göstərir.

Tədqiqat, LHC-dəki ATLAS Əməkdaşlıq Təşkilatı tərəfindən Physical Review Letters jurnalında dərc olunmuş bir məqalədə təsvir edilmişdir . ABŞ Energetika Nazirliyinin (DOE) Brookhaven Milli Laboratoriyası və Stony Brook Universitetinin alimləri təhlildə aparıcı rol oynamışlar.

Beynəlxalq komanda, LHC-nin ATLAS təcrübəsindən əldə edilən məlumatlardan istifadə edərək, iki qurğuşun ion şüasının – elektronlarından məhrum olan qurğuşun atomlarının – LHC-nin 17 mil dairəsi ətrafında işıq sürətinə yaxın bir sürətdə dövr etdikdən sonra toqquşması zamanı hissəciklərin radial istiqamətlərdə necə xaricə axdığını təhlil etdi. Tapıntılar, bu toqquşmalarda yaranan isti, sıx maddənin təbiətinə yeni bir baxış təqdim edir – temperaturu günəşin nüvəsindən 250.000 dəfədən çox yüksəkdir. Bu ekstremal şərait, əslində, toqquşan ionları təşkil edən proton və neytronları əridir, onların ən daxili tikinti bloklarını, kvarkları və qlüonları sərbəst buraxaraq kvark-qlüon plazması (QGP) yaradır.

“Ağır ion toqquşmalarından hissəciklərin kollektiv şəkildə axdığını göstərən əvvəlki ölçmələr, Relyativistik Ağır İon Toqquşdurucusunda (RHIC) kvark-qlüon plazmasının kəşfində əsas rol oynamışdır”, – deyə Stony Brook Universitetinin və RHIC-in nüvə fizikası tədqiqatları üçün DOE Elm Ofisinin istifadəçi müəssisəsi kimi fəaliyyət göstərdiyi Brookhaven Laboratoriyasının fiziklərindən biri Jiangyong Jia bildirib. Jia həm RHIC-də, həm də LHC-də tədqiqat aparır və yeni ATLAS analizinə rəhbərlik edir.

“ATLAS-dan əldə edilən yeni nəticələr, QGP-nin mayeyəbənzər təbiətini təsdiqləsə də, yeni bir şey də ortaya qoyur, çünki araşdırdığımız axın növü olan ‘radial’ axın əvvəllər öyrənilən ‘ellips’ axından fərqli bir həndəsi mənşəyə malikdir və maye sistemindəki fərqli bir özlülük növünə həssasdır.”

ATLAS tapıntıları, eyni növ toqquşmaları tamamlayıcı şəkildə təhlil edən başqa bir LHC eksperimental detektoru olan ALICE-də aparılan ölçmələrlə dəstəklənir. ALICE öz nəticələrini Physical Review Letters jurnalının eyni sayında dərc edib .

Elliptik axına bir baxış

“Müəyyən mənada, bu radial axın ölçmələri RHIC-in işə salındığı anda başlayan bir hekayəni tamamlayır”, həm RHIC, həm də LHC toqquşmalarını araşdıran və ATLAS məqaləsinin həmmüəllifi olan Brookhaven Laboratoriyasının başqa bir fiziki Peter Steinberg dedi.

RHIC-dən ilk dəfə 2001-ci ildə yayımlanan ən erkən məlumatlar, Böyük Partlayışı simulyasiya edən qızıl ionlarının toqquşmasından hissəcik axını modellərində istiqamət fərqlərini ortaya qoydu. Alimlər, iki toqquşan ionun istiqaməti ilə müəyyən edilən reaksiya müstəvisi boyunca meydana çıxan hissəciklərin, ona eninə perpendikulyar olanlardan daha çox olduğu elliptik bir model gördülər.

RHIC fizikləri bu elliptik axının mərkəzdən kənarda toqquşan sferik qızıl ionları arasındakı üst-üstə düşən bölgənin futbol topuna bənzər forması ilə idarə olunduğunu irəli sürdülər. Bu uzunsov alov topundakı asimmetrik təzyiq qradiyentləri futbol topunun bel hissəsi boyunca uclarına doğru daha çox hissəcik itələyəcəkdi.

Bu kollektiv davranış əvvəlcə təəccüblü idi, çünki bu, kvarkların və qlüonların proton və neytronlar daxilindəki adi məhdud düzülüşlərindən azad olduqdan sonra belə güclü qarşılıqlı təsir göstərməyə davam etdiyini göstərirdi. Elliptik axın o qədər həddindən artıq idi ki, fiziklər onun demək olar ki, sürtünməsiz, son dərəcə aşağı kəsmə özlülüyünə malik mükəmməl bir mayedən gəldiyini elan etdilər.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Radial axının araşdırılması

“Əvvəlcə elliptik axını öyrənmək daha asan idi və onun necə davranacağına dair daha sadə bir gözləntimiz var idi, ona görə də əsasən buna diqqət yetirdik”, – deyə Jia bildirib. Lakin o, güclü qarşılıqlı təsir göstərən mükəmməl mayedən əmələ gələn hissəciklərin xarici təzyiq qradiyentinin simmetrik komponenti tərəfindən idarə olunan kollektiv radial axını da nümayiş etdirməli olduğunu qeyd edib.

Jia dedi: “İnsanlar həm RHIC, həm də LHC-də radial axını öyrənmişdilər, lakin hər bir hadisədə daha sürətli və daha yavaş hissəciklər arasındakı korrelyasiyaların eninə impuls və ya şüa istiqamətinə nisbətən bucaqla necə dəyişdiyini öyrənməmişdilər”.

2020-ci ildə Brookhaven Laboratoriyasından Bjoern Schenke, Stony Brook Universitetindən Derek Teaney və o dövrdə RIKEN BNL Tədqiqat Mərkəzində tədqiqatçı olan Wayne Dövlət Universitetindən Chun Shen tərəfindən dərc edilmiş nəzəri məqalə , impulsdan asılı radial axını QGP atəş topunun formasından daha çox ümumi ölçüsü ilə müəyyən edilən simmetrik xarici təzyiqlə əlaqələndirən bir çərçivə yaratdı. Yeni ATLAS məqaləsində LHC-nin qurğuşun ion toqquşmalarından əldə edilən məlumatlarda bu əlaqəni dəstəkləyən dəlillərin axtarışı təsvir edilmişdir.

Nəzəriyyəçilərin modeli, hər toqquşmada köndələn istiqamətdə əmələ gələn daha sürətli və yavaş hərəkət edən hissəciklərin, yəni daha yüksək və daha aşağı impulslu hissəciklərin nisbi bolluğunun toqquşma üst-üstə düşmə bölgəsinin ölçüsündən asılı olaraq necə dəyişəcəyini proqnozlaşdırdı.

Jia izah etdi ki, “Eyni ümumi sayda hissəcik yaradan toqquşmalar üçün kvark-qlüon plazmasının daha kiçik, daha sıx yerləşmiş ləkələri daha böyük, daha seyreltilmiş toqquşmalara nisbətən daha güclü təzyiq qradiyentinə və daha güclü radial genişlənməyə malik olmalıdır. Bu o deməkdir ki, daha böyük, daha az təzyiq altında bişirilmiş QGP-yə malik olanlardan daha kiçik toqquşmalardan daha sürətli hərəkət edən hissəciklər və daha az yavaş hissəciklər çıxmalıdır.”

“Bu, iki fərqli ölçülü şarın içinə eyni miqdarda su töküb hər birində bir deşik açmaq kimidir; su daha yüksək təzyiq altında olduğu üçün daha kiçik şardan daha tez çıxacaq”, – deyə Stony Brook Universitetinin doktorantura tələbəsi olaraq Jia-nın mentorluğu altında bu tədqiqatı aparan və hazırda Hollandiyadakı Utrext Universitetinin və Niderland Milli Atom Fizika İnstitutu olan NIKHEF-də doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı olan Somadutta Bhatta bildirib.

Bhatta bu əlaqənin əlamətlərini tapmaq üçün ATLAS məlumatlarını axtardı. O, yayılan hissəciklərin hadisədən hadisəyə eninə impuls paylanmasını izləmək üçün iki hissəcik korrelyasiyasından – elliptik axını öyrənmək üçün istifadə edilən eyni texnikadan – istifadə etdi. O, QGP atəş topunun ölçüsü ilə idarə olunan eninə impuls paylanmasında gözlənilən dalğalanmaları tapdı və bir sıra yoxlamalar vasitəsilə radial axınla QGP ölçüsü arasındakı əlaqənin şüa istiqaməti boyunca bütün bucaqlarda davam etdiyini nümayiş etdirdi.

Bhatta bildirib ki, “Nəticələrimiz radial axının, elliptik axın kimi, həqiqətən də qlobal kollektiv bir fenomen olduğunu təsdiqləyir. Xarici radial itələmə hər toqquşma hadisəsində əmələ gələn bütün hissəciklər tərəfindən həyata keçirilir.”

QGP-ni öyrənmək üçün radial axından istifadə

Steinberg-in qeyd etdiyi kimi, “Nəticələr göstərir ki, hadisədən hadisəyə, QGP-nin tək bir nöqtəsini yaratdıqda, ümumi axınla yüksək impulslu hissəciklərin sayının artması və aşağı impulslu hissəciklərin sayının azalması arasındakı bu korrelyasiyanı görə bilərsiniz. Və bu genişlənməni sürətləndirmək üçün QGP-nin xüsusi forması tələb olunmur.”

Radial axın ölçmələri alimlərə QGP-nin mikroskopik xüsusiyyətlərini, xüsusən də onun həcm özlülüyünü anlamağa kömək etməlidir.

Bhatta dedi: “Toplu özlülük xaricə genişlənməyə müqavimət kimi təsvir edilə bilər. Bu, müxtəlif istiqamətlər arasındakı axın fərqlərindən asılı olan QGP mayesinin demək olar ki, sürtünmədən azad “mükəmməlliyini” müəyyən edən kəsmə özlülüyündən tamamilə fərqlidir. Radial genişlənən sistemdə, sistem sıxıla biləndirsə, toplu özlülük genişlənməni yavaşlada bilər.

“Bu o deməkdir ki, QGP-nin nə qədər sıxıla biləcəyini yoxlamaq üçün radial genişlənmə ölçmələrimizdən istifadə edə bilərik”, – Jia dedi.

Steinberg bildirib ki, “Axını və kollektiv davranışı onun formasına əsaslanmadan öyrənmək üçün bir yola sahib olmaq, qurğuşun və ya qızıl ionlarından daha kiçik nüvələrin toqquşmasında yaranan kiçik QGP damcılarını öyrənməkdə də xüsusilə vacib olacaq. Bu kiçik sistemlərdə formanın ölçülə bilən olub-olmadığını müəyyən etməkdə çətinlik çəkirik.”

Növbəti addımlar həmçinin RHIC ağır ion məlumatlarına daha dərindən nəzər salmağı da əhatə edə bilər.

Brookhaven-dəki ATLAS qrupunun rəhbəri Maykl Beqel bildirib ki, “Bu, Brookhaven Laboratoriyası və Stony Brook Universitetindəki nəzəriyyəçilər və eksperimentalistlər arasında olduqca uğurlu bir əməkdaşlıq olub. Bu, həmçinin Brookhavendən olan kiçik bir qrupun CERN ağır ion proqramına necə töhfə verdiyini və həm RHIC, həm də LHC-nin eyni vaxtda işləməsi ilə əldə etdiyimiz imkanlardan sinerji yaratdığını nümayiş etdirir.”

Jia qeyd etdi ki, bu layihə ona LHC-də qazandığı biliklərdən RHIC-in STAR əməkdaşlığındakı işi üçün və əksinə, STAR-dan xeyli yüksək enerjilərlə işləyən LHC-yə keçmək üçün bir yol verdi.

“Elmi irəli aparmaq üçün enerjilərin kəsişməsini çox faydalı hesab edirəm”, – deyə o bildirib. “Bu iki imkan həqiqətən bir-birini çox tamamlayır.”

Nəşr detalları

G. Aad və digərləri, ATLAS detektoru ilə Pb+Pb toqquşmalarında radial axının kollektiv təbiətinə dair dəlillər, Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/ldcn-r2lq

S. Acharya və digərləri, LHC-də Pb-Pb toqquşmalarında uzun mənzilli eninə-impuls korrelyasiyaları və radial axın, Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/l36g-6f46

Jurnal məlumatları: Fiziki icmal məktubları 

Brookhaven Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilir