Fysiker smalnar in kritisk punkt för starka kärnkraften
Forskare har gjort framsteg i att identifiera en kritisk punkt där den starka kärnkraften försvagas, vilket tillåter kvarkar och gluoner att bilda ett hett plasma. Genom att analysera kollisioner vid en partikelaccelerator i New York har forskare smalnat in den möjliga platsen för denna punkt på ett fasdiagram. Detta fynd kan ge insikter om det tidiga universum och neutronstjärnor.
Den starka kärnkraften, naturens starkaste interaktion, binder kvarkar och gluoner till protoner och neutroner. I årtionden har fysiker sökt efter en "kritisk punkt" där denna kraft plötsligt lossnar, liknande trippelpunkt i vatten där vätska, is och ånga samexisterar. En sådan punkt skulle markera en skarp övergång till ett kvark-gluonplasma, en soppig tillstånd av materia som skapas i högenergikollisioner.
Xin Dong vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Kalifornien ledde ett team som undersökte data från kollisioner av guldjoner vid Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) vid Brookhaven National Laboratory i New York. De studerade antalet och fördelningen av producerade partiklar, med syfte att kartlägga ett fasdiagram för kvark-gluonmateria under varierande temperaturer och tryck. Även om analysen inte exakt lokaliserade den kritiska punkten, begränsade den avsevärt området där den kan existera.
"Vi försökte effektivt skapa ett fasdiagram för kvarkar och gluoner", sa Dong. Experimentet visade en gradvis "smältning" till plasma i vissa områden, men den kritiska punkten skulle involvera en plötslig förskjutning, liknande isbitar som bildas i vatten.
Agnieszka Sorensen vid Facility for Rare Isotope Beams i Michigan, som inte var involverad, noterade att arbetet vägleder framtida sökningar och framhäver nyckelpartikelegenskaper som indikatorer. Claudia Ratti vid University of Houston berömde precisionen, särskilt i en teoretiskt utmanande diagramregion, och efterlyste analys vid lägre energier där förutsägelser konvergerar.
Dong betonade att upptäcka den kritiska punkten skulle vara ett "generationsmässigt genombrott". Den starka kraften är unik bland fundamentala krafter i att potentiellt ha en sådan punkt, och den påverkade den heta, täta materian efter Big Bang och styr neutronstjärnors strukturer. Att slutföra fasdiagrammet kunde belysa dessa kosmiska fenomen.
Resultaten publiceras i Physical Review Letters (DOI: 10.1103/9l69-2d7p).