O plasma de quark gluon (QGP) é um estado emocionante da matéria que os cientistas criam em laboratório ao colidir dois núcleos pesados. Essas colisões produzem uma bola de fogo QGP. A bola de fogo se expande e esfria seguindo as leis da hidrodinâmica, que governam o comportamento dos fluidos em diversas condições. Eventualmente, partículas subatômicas (prótons, píons e outros hádrons, ou partículas compostas de dois ou mais quarks) emergem e são observadas e contadas por detectores que cercam a colisão.



Flutuações no número dessas partículas de colisão para colisão carregam informações importantes sobre o QGP. Porém, extrair essas informações do que os cientistas conseguem observar é uma tarefa difícil. Uma abordagem chamada princípio da entropia máxima fornece uma conexão crucial entre essas observações experimentais e a hidrodinâmica da bola de fogo QGP.

A abordagem é descrita na revista Physical Review Letters .

À medida que uma bola de fogo QGP se expande e esfria, ela eventualmente se torna diluída demais para ser descrita pela hidrodinâmica. Nesta fase o QGP está “hadronizado”. Isto significa que a sua energia e outras propriedades quânticas são transportadas pelos hádrons. Estas são partículas subatômicas, como prótons, nêutrons e píons, compostas de quarks. Os hádrons “congelam” – eles congelam informações sobre o estado hidrodinâmico final da bola de fogo QGP, permitindo que as partículas provenientes da colisão transportem essas informações para os detectores em um experimento.

A pesquisa fornece uma ferramenta para usar simulações para calcular flutuações observáveis ​​no QGP. Isto permitiu aos investigadores, da Universidade de Illinois, Chicago, usar o congelamento para identificar indícios de um ponto crítico entre uma bola de fogo QGP e um estado gasoso hadronizado. Este ponto crítico é uma das questões não resolvidas dos cientistas sobre a cromodinâmica quântica, a teoria das fortes interações entre quarks acionadas por glúons.

As flutuações no QGP carregam informações sobre a região do diagrama de fases da QCD onde as colisões “congelam”. Isso faz com que a conexão das flutuações na hidrodinâmica às flutuações dos hádrons observados seja uma etapa crucial na tradução de medições experimentais no mapa do diagrama de fases QCD. Grandes flutuações evento a evento são assinaturas experimentais reveladoras do ponto crítico.

Dados do programa Run-I Beam Energy Scan (BES) no Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC) sugerem a presença do ponto crítico. Para seguir esta dica, os pesquisadores propuseram uma abordagem nova e universal para converter flutuações hidrodinâmicas em flutuações de multiplicidades de hádrons.

A abordagem supera elegantemente os desafios enfrentados por tentativas anteriores de resolver este problema. Crucialmente, a nova abordagem baseada no princípio da entropia máxima preserva todas as informações sobre as flutuações das quantidades conservadas descritas pela hidrodinâmica. O novo procedimento de congelamento encontrará aplicações nos cálculos teóricos de flutuações e correlações evento a evento observadas em experimentos como o programa Beam Energy Scan do RHIC, destinado a mapear o diagrama de fases QCD.

Mais informações: Maneesha Sushama Pradeep et al, Congelamento máximo de entropia de flutuações hidrodinâmicas, Cartas de revisão física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.130.162301
Informações do diário: Cartas de revisão física

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