Wyniki badania wpływu kwarków w postaci kwazicząstek na własności transportu gorącej materii w QCD wykonanego przez Valeriyę Mykhaylovą (doktorantkę w Instytucie Fizyki Teoretycznej WFiA UWr) i Chihiro Sasaki zostały opublikowane 8. stycznia 2021 w czasopiśmie Physical Review D, 103, 014007. Artykuł pt. „Impact of quark quasiparticles on transport coefficients in hot QCD” dotyczy teorii oddziaływań silnych, chromodynamiki kwantowej, która pozwala na wgląd we własności gorącej i silnie oddziałującej materii zwanej plazmą kwarkowo-gluonową. Materia w tym niezwykłym stanie składa się z kwarków i gluonów uwolnionych z cząstek takich jak protony, tworzących standardową materię jądrową, z którą mamy do czynienia na co dzień.
Plazma kwarkowo-gluonowa była jednym z etapów, przez który Wszechświat przechodził tuż po Wielkim Wybuchu. Obecnie zaś plazma kwarkowo-gluonowa powstaje jedynie w warunkach doświadczalnych, w wyniku zderzeń ciężkich jonów, mających na celu zbadanie podstawowej struktury materii. Głównym celem wykonanego badania było porównanie właściwej lepkości objętościowej, czyli stosunku lepkości objętościowej ζ do gęstości entropii s, plazmy składającej się z samych gluonów do plazmy zawierającej dodatkowo kwarki lekkie (górny i dolny) i dziwne. Do opisu został użyty model kwazicząstek, w którym układ oddziałujących cząstek o znikomej masie zastępuje się układem nieoddziałujących masywnych kwazicząstek. W tym wypadku masa ma niewiele wspólnego z rzeczywistą masą obiektów, ponieważ zależy od temperatury układu i siły oddziaływań pomiędzy jego składnikami.
Rysunek 1: Zależność temperaturowa właściwej lepkości objętościowej ζ/s od liczby zapachów kwarków w gorącej silnie oddziałującej materii. Temperatura została przeskalowana przez temperaturę krytyczną każdego z układów (plazmy kwarkowo-gluonowej, Nf = 2 + 1, oraz plazmy czysto gluonowej, Nf= 0).
Współczynnik lepkości ζ odzwierciedla reakcję plazmy kwarkowo-gluonowej na zmianę jej objętości wskutek rozszerzenia, które następuje wraz ze spadkiem temperatury. Porównując zależność temperaturową współczynnika ζ/s, można określić rolę kwarków we własnościach transportowych plazmy. Na rysunku 1, parametr ζ/s jest przedstawiony jako funkcja temperatury skalowanej przez właściwą temperaturę krytyczną każdego z układów, jednocześnie Nf określa liczbę zapachów (rodzajów) kwarków zawartych w plazmie. Stąd Nf = 2 + 1 odpowiada plazmie kwarkowo-gluonowej, natomiast Nf = 0 przedstawia krzywą dla plazmy składającej się wyłącznie z gluonów.
W okolicach temperatury krytycznej ζ/s osiąga podobne wartości w obu przypadkach, lecz wraz ze wzrostem temperatury, stosunek lepkości objętościowej do gęstości entropii plazmy kwarkowo-gluonowej przyjmuje wartości znacznie większe od tych osiąganych w układzie czysto gluonowym. Widać więc, iż obecność kwarków w plazmie zwiększa jej lepkość objętościową, zarówno jak i inne współczynniki transportu które zostały obliczone w modelu kwazicząstek.
Dodała: Joanna Molenda-Żakowicz
Pełnomocnik Dziekana ds. promocji i kontaktów z mediami
