Нові дані детектора STAR свідчать про те, що протони і нейтрони проходять фазовий перехід першого роду - немов вони плавляться.
Механізм такий же, як при таянні льоду: енергія спочатку збільшує температуру, а під час фазового переходу вся енергія йде на перетворення твердого тіла на рідину при незмінній температурі. Розберемося, як же можуть «плавитися» протони і нейтрони - фізики шукали підтвердження цьому явищу понад 35 років.
Розплавлений стан протонів і нейтронів являє собою «суп» з кварків і глюонів. Вчені, які вивчають кварк-глюонну плазму на колайдері релятивістських важких іонів, знайшли ознаки фазового переходу першого роду. Останні дані про низькоенергетичні зіткнення підтримали цю модель.
Для того, щоб знайти ті ознаки, які фізики теоретично виявили ще в 70-х роках минулого століття, необхідно вивчити кварк-глюонну плазму в широкому діапазоні енергій. Для цього доводиться вловлювати і описувати крихітні плями, що зникають всього за одну мільярдну трильйонної секунди після утворення. Але завдяки гнучкості колайдера релятивістських важких іонів і складності детектора STAR, вчені нарешті отримали необхідні вимірювання.
Коллайдер був побудований частково для вивчення того, як ядерна матерія перетворюється на кварк-глюонну плазму. Колайдер релятивістських важких іонів прискорює і зіштовхує ядра атомів золота з різними енергіями, щоб вивчити, як вони плавляться, утворюючи «кварковий суп». Ознаки фазового переходу першого роду - падіння тиску під час переходу і збільшення часу життя кварк-глюонної плазми.
Фізики шукали ці ознаки, вимірюючи якісне і кількісне відхилення частинок убік (падіння тиску зменшило б «потік», але більш довгоживуча плазма рухалася в одному напрямку). Для таких надточних вимірювань потрібні частинки з довжиною хвилі більш ніж у мільярд разів меншої ширини людської волосини. Вчені все ще збирають і обробляють дані більш детального сканування, щоб зрозуміти додаткові характеристики фазового переходу при різних енергіях зіткнення.
Дослідження опубліковано в Physical Review.