Физики Саратовского государственного университета разработали математическую модель, которая описывает рождение кварков на ранней стадии формирования кварк-глюонной плазмы. Она учитывает не только появление частиц под действием сильного глюонного поля, но и обратное влияние этих частиц на само поле. Такой подход поможет исследовать процессы, происходящие с веществом сразу после столкновения тяжёлых атомных ядер.
Протоны и нейтроны, из которых состоят атомные ядра, образованы кварками, взаимодействие между которыми обеспечивают глюоны. При чрезвычайно высоких температурах кварки могут перестать быть связанными внутри отдельных протонов и нейтронов. В результате возникает кварк-глюонная плазма — особое состояние вещества, которое существовало во Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва.
Сегодня ученые изучают это состояние на ускорителях, где тяжелые атомные ядра сталкиваются на скоростях, близких к скорости света. Одна из ключевых задач — понять, как ведет себя материя сразу после столкновения, когда образовавшаяся система еще не достигла равновесия.
Сильное глюонное поле способно порождать пары кварков и антикварков — частиц и античастиц. При этом движение кварков создает цветовые токи, которые меняют поле и, в свою очередь, влияют на дальнейшее образование частиц. Саратовские физики учли эту обратную связь в единой системе уравнений.
За основу исследователи взяли метод непертурбативной кинетической теории, разработанный при участии профессора СГУ С. А. Смолянского. Он позволяет описывать рождение частиц из вакуума под действием сильного поля и отслеживать, как со временем меняется распределение частиц по импульсам. Ранее этот подход применяли в квантовой электродинамике — теории взаимодействия электромагнитного поля с заряженными частицами. Теперь его адаптировали к квантовой хромодинамике, описывающей взаимодействие кварков и глюонов.
Чтобы упростить расчеты, авторы рассмотрели две компоненты глюонного поля из восьми возможных. Также они предположили, что поле одинаково во всех точках изучаемой области, но меняется со временем, а направление его поляризации остается постоянным.
В результате ученые получили замкнутую систему уравнений, которая одновременно описывает рождение кварков и изменение глюонного поля под воздействием возникающих частиц. Модель также позволяет учитывать начальные различия в распределении кварков и антикварков, связанные с нескомпенсированным электрическим зарядом отдельных кварковых подсистем.
По словам доцента кафедры медицинской физики СГУ Вадима Дмитриева, математическое описание процессов при столкновениях частиц остается сложной задачей, поэтому физики используют модели, которые позволяют проводить расчеты и сопоставлять результаты с экспериментами. В перспективе новая разработка может помочь в планировании экспериментов на ускорителях тяжелых ионов.
В дальнейшем исследователи планируют расширить модель: включить все восемь компонент глюонного поля и построить более полное описание происходящих процессов. Результаты работы опубликованы в журнале Physics of Particles and Nuclei.
Источник: Минобрнауки России
Читайте также:
Нанопроволоки из кобальта и никеля могут увеличить плотность записи данных