Les calculs de flux hydrodynamiques des théoriciens décrivent avec précision les données des collisions de photons avec des noyaux de plomb lors de l’expérience ATLAS


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  • Une nouvelle analyse soutient l’idée que les particules de lumière (photons) entrant en collision avec des ions lourds créent un fluide de particules “fortement interactives”. Les calculs sont basés sur le flux hydrodynamique de particules observé dans les collisions de divers types d’ions au Grand collisionneur de hadrons (LHC) et au Collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC). Avec seulement des changements modestes, ces calculs décrivent également les schémas d’écoulement observés dans les quasi-collisions au LHC. Dans ces collisions, les photons qui forment un nuage autour des ions en vitesse entrent en collision avec les ions du faisceau opposé.

    Les résultats indiquent que les collisions d’ions lourds en photons peuvent créer un fluide à forte interaction qui répond à la géométrie de collision initiale, présentant un comportement hydrodynamique. Cela signifie en outre que ces collisions peuvent former un plasma quark-gluon, un système de quarks et de gluons libéré des protons et des neutrons qui composent les ions. Ces résultats aideront à orienter les futures expériences au collisionneur électron-ion (EIC), une installation qui devrait être construite au laboratoire national de Brookhaven au cours de la prochaine décennie.

    Il peut sembler surprenant que les collisions d’ions lourds en photons puissent produire un fluide chaud et dense. Mais c’est possible car un photon peut subir des fluctuations quantiques pour devenir une autre particule avec les mêmes nombres quantiques. Un exemple probable est un méson rho, constitué d’un quark et d’un antiquark maintenus ensemble par des gluons. Lorsqu’un méson rho entre en collision avec un noyau, il forme un système de collision très similaire à une collision proton-noyau, qui présente également des signaux de type flux.

    L’analyse actuelle des théoriciens du Brookhaven National Laboratory et de la Wayne State University visait à expliquer les données de l’expérience ATLAS au LHC. Les théoriciens ont découvert que la prise en compte de la différence d’énergie entre le méson rho et l’énergie beaucoup plus élevée du noyau entrant était l’ingrédient le plus important pour la capacité de leurs calculs à reproduire les résultats expérimentaux. Dans les collisions d’ions lourds les plus énergétiques, le motif de particules émergeant transversalement aux faisceaux en collision persiste généralement, quelle que soit la distance à laquelle vous regardez du point de collision le long de la ligne de faisceau. Mais dans les collisions photon-plomb à faible énergie, le modèle a montré que la géométrie des distributions de particules change rapidement avec l’augmentation de la distance longitudinale. Cette décorrélation a eu un effet important sur le modèle d’écoulement observé, montrant que la modélisation hydrodynamique 3D est essentielle pour simuler ces collisions photon-plomb à faible énergie.

    Cette recherche a été financée par le Bureau des sciences du Département de l’énergie, le Bureau de la physique nucléaire et la National Science Foundation. La recherche a utilisé les ressources informatiques de l’Open Science Grid, soutenue par la National Science Foundation.

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