重核碰撞中夸克-胶子等离子体的研究表明，粘度随着净重子密度的增加而增加，通过先进的模拟增强了我们对核物质相的理解。来源:SciTechDaily.com

重原子核碰撞的先进模拟表明，夸克-胶子等离子体的粘度随着净重子密度的增加而增加。

这项研究利用各种能量碰撞的数据来完善理论模型，对理解核物质的相变具有重要意义。

夸克和胶子一种由可见物质的基本组成部分、夸克和胶子组成的液体状汤是重原子核碰撞时产生的。这种汤的粘度很低，这是衡量它的“粘性”或流动阻力的一种标准。理论学家首次系统地研究了这种黏度是否以及如何在大范围的碰撞能量范围内发生变化。这项工作考虑了原子核相互碰撞时发生的变化。计算预测，流体的粘度随着净重子密度的增加而增加。净重子密度是指重子(由三个夸克组成的粒子，就像构成碰撞核的中子和质子)与反重子(在碰撞中产生)的相对丰度。

从碰撞数据中洞察粘度

这一分析确定了将新的模拟拟合到不同能量金核碰撞实验数据的最佳参数。它预测粘度随着净重子密度的增加而增加。这与部分(但不是全部)理论预测相符。在未来，科学家们将使用同样的理论框架来整合来自一系列碰撞能量的额外数据。这些扩展的模拟不仅可以提供有关粘度的信息。他们还将提供有关核物质的整个相图的数据，该相图绘制出核物质如何从固体、液体、气体或等离子体变化为温度和重子密度的函数。

物理学家模拟了不同能量下的金-金碰撞，以探测温度和重子密度范围内的流体特性。虚线表示普通核物质有望转变为自由夸克和胶子的区域。作者:沈春，韦恩州立大学

高级仿真技术

这项工作结合了所有三个空间维度的最先进的粘性流体动力学模拟和新开发的碰撞初始阶段的动态模型，以描述相对论重离子对撞机上的重离子碰撞

(RHIC)，一个能源部的用户设施，在大范围的碰撞能量。将初始状态的演化结合起来，可以在原子核相互碰撞穿过时连续产生流体核物质。这在光束能量较低时尤其重要，在这种情况下，瞬时碰撞的假设是无效的。

核碰撞中的事件分析

在这项研究中，一个来自布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校和韦恩州立大学的理论学家团队使用这个通用模型进行逐个事件的计算，考虑了碰撞核初始几何形状的波动和产生的火球的最终形状。研究人员改变并限制了模型的参数，包括生成物质的粘度以及初始状态的属性，并根据RHIC的光束能量扫描(BES)收集的实验数据进行统计分析。这种数据驱动的分析是基于500万次数值模拟的碰撞事件，分析了粘度如何依赖于净重子密度。研究人员现在可以将这种分析与纯理论计算进行比较。同样的框架可以应用于RHIC的BES二期和未来欧洲反质子和离子研究设施(FAIR)的测量。

参考文献:“基于光束能量扫描数据的富重子夸克-胶子等离子体的粘度”，作者:申春，Björn Schenke和赵文斌，2024年2月16日，物理评论快报。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.132.072301

这项研究由能源部科学办公室、核物理办公室和国家科学基金会资助。这项研究使用了由美国国家科学基金会支持的开放科学网格的计算资源。