Simulando um ponto crítico em fluido quark gluon

Cientistas estão conduzindo experimentos em busca de evidências de um possível ponto crítico no diagrama de fases da Cromodinâmica Quântica. A cromodinâmica quântica descreve como a força forte une quarks e antiquarks para formar prótons, nêutrons e outras partículas conhecidas como hádrons.

O ponto crítico é análogo ao ponto final da transição de líquido para gás na água comum. As principais assinaturas desse ponto crítico que os cientistas podem observar estão relacionadas a mudanças no número de partículas produzidas em colisões de aceleradores de partículas.

A modelagem desses observáveis ​​requer uma extensão da estrutura padrão de como líquidos e gases se comportam. Em um estudo publicado no periódico Cartas de revisão físicaos cientistas desenvolveram um algoritmo para realizar simulações de um fluido crítico e testaram essas simulações.

Observar a flutuação crítica em uma colisão de íons pesados ​​marcaria a primeira observação direta de uma mudança de fase entre o plasma de quarks e glúons e uma fase hadrônica. Este é o ponto onde quarks e glúons são confinados em hádrons.

Interpretar os resultados de experimentos relacionados requer novas ferramentas teóricas. Em particular, a interpretação precisa de uma estrutura de dinâmica de fluidos que incorpore flutuações — como pressão, velocidade e outros fatores podem mudar em líquidos e gases.

Este trabalho é uma contribuição importante para esse esforço. No futuro, os pesquisadores esperam usar esses métodos para conectar os dados com ideias teóricas sobre a natureza da temperatura e pressão na matéria quark-gluon.

O programa Beam Energy Scan (BES) no Relativistic Heavy Ion Collider, uma instalação do Departamento de Energia do Laboratório Nacional de Brookhaven, estuda a dependência energética de observáveis ​​de flutuação nas colisões de íons pesados.

O objetivo deste esforço é localizar um possível ponto crítico associado à transição de fase para um plasma de quarks e glúons. Interpretar os resultados do programa BES requer uma estrutura de dinâmica de fluidos que incorpore flutuações nas variáveis ​​de dinâmica de fluidos, densidade de bárions, densidade de entropia e velocidade do fluido.

Nesta pesquisa, cientistas construíram tal estrutura e a testaram em simulação de um fluido estático próximo ao ponto crítico. Trabalhos futuros acoplarão seus resultados à expansão da bola de fogo criada em uma colisão de íons pesados. Isso permitirá que os pesquisadores localizem o ponto crítico ou coloquem restrições em sua localização.