El plasma de quarks y gluones (QGP) es un excitante estado de la materia que los científicos crean en un laboratorio mediante la colisión de dos núcleos pesados. Estas colisiones producen una bola de fuego QGP. La bola de fuego se expande y se enfría siguiendo las leyes de la hidrodinámica, que rigen el comportamiento de los fluidos en diversas condiciones. Con el tiempo, emergen partículas subatómicas (protones, piones y otros hadrones, o partículas formadas por dos o más quarks) que son observadas y contadas por los detectores que rodean la colisión.
Las fluctuaciones en el número de estas partículas de una colisión a otra contienen información importante sobre el QGP. Sin embargo, extraer esta información de lo que los científicos pueden observar es una tarea difícil. Un enfoque llamado principio de máxima entropía proporciona una conexión crucial entre estas observaciones experimentales y la hidrodinámica de la bola de fuego QGP.
El enfoque se describe en la revista Physical Review Letters. .
A medida que una bola de fuego QGP se expande y se enfría, eventualmente se diluye demasiado para ser descrita por la hidrodinámica. En esta etapa el QGP se ha "hadronizado". Esto significa que su energía y otras propiedades cuánticas son transportadas por hadrones. Se trata de partículas subatómicas como protones, neutrones y piones que están formadas por quarks. Los hadrones se "congelan":congelan la información sobre el estado hidrodinámico final de la bola de fuego QGP, permitiendo que las partículas que fluyen desde la colisión lleven esta información a los detectores en un experimento.
La investigación proporciona una herramienta para utilizar simulaciones para calcular fluctuaciones observables en el QGP. Esto ha permitido a los investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago utilizar la congelación para identificar indicios de un punto crítico entre una bola de fuego QGP y un estado hadronizado gaseoso. Este punto crítico es una de las preguntas no resueltas de los científicos sobre la cromodinámica cuántica, la teoría de las interacciones fuertes entre quarks impulsadas por gluones.
Las fluctuaciones en el QGP transportan información sobre la región del diagrama de fases QCD donde las colisiones se "congelan". Esto hace que conectar las fluctuaciones en la hidrodinámica con las fluctuaciones de los hadrones observados sea un paso crucial para traducir las mediciones experimentales al mapa del diagrama de fases QCD. Las grandes fluctuaciones evento por evento son firmas experimentales reveladoras del punto crítico.
Los datos del programa Run-I Beam Energy Scan (BES) en el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC) insinúan la presencia del punto crítico. Para seguir esta pista, los investigadores propusieron un enfoque novedoso y universal para convertir las fluctuaciones hidrodinámicas en fluctuaciones de multiplicidades de hadrones.
El enfoque supera con elegancia los desafíos que enfrentaron intentos anteriores de resolver este problema. Fundamentalmente, el nuevo enfoque basado en el principio de máxima entropía preserva toda la información sobre las fluctuaciones de cantidades conservadas descritas por la hidrodinámica. El novedoso procedimiento de congelación encontrará aplicaciones en los cálculos teóricos de las fluctuaciones y correlaciones evento por evento observadas en experimentos como el programa Beam Energy Scan del RHIC destinado a mapear el diagrama de fases QCD.
Más información: Maneesha Sushama Pradeep et al, Congelación de entropía máxima de las fluctuaciones hidrodinámicas, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.130.162301
Información de la revista: Cartas de revisión física
Proporcionado por el Departamento de Energía de EE. UU.
