New model of quark-gluon plasma solves a long-standing discrepancy between theory and data
Un nouveau modèle de plasma quark-gluon résout un écart de longue date entre la théorie et les données
par l'Université Sophia
QGP est classiquement décrit à l'aide de modèles hydrodynamiques relativistes et étudié expérimentalement à travers des collisions d'ions lourds. Il y a eu un écart de longue date entre la théorie et l'expérience concernant l'observation des rendements de particules dans la région à faible impulsion transversale et leur absence dans les prédictions du modèle. Maintenant, des chercheurs japonais se sont penchés sur cette question, proposant un modèle qui identifie l'origine des rendements de particules manquantes. Crédit : Tetsufumi Hirano de l'Université Sophia, Japon
La recherche en science fondamentale a révélé l'existence du plasma quark-gluon (QGP) - un état de la matière nouvellement identifié - comme constituant de l'univers primitif. Connu pour avoir existé une microseconde après le Big Bang, le QGP, essentiellement une soupe de quarks et de gluons, s'est refroidi avec le temps pour former des hadrons comme les protons et les neutrons - les éléments constitutifs de toute matière.
Les collisions relativistes d'ions lourds sont une façon de reproduire les conditions extrêmes qui prévalaient lorsque le QGP existait. À cet égard, des accélérateurs de particules comme le Grand collisionneur de hadrons (LHC) et le Collisionneur d'ions lourds relativistes ont approfondi notre compréhension du QGP avec des données expérimentales relatives à de telles collisions.
Pendant ce temps, les physiciens théoriciens ont utilisé des modèles hydrodynamiques relativistes à plusieurs étages pour expliquer les données, puisque le QGP se comporte très bien comme un fluide parfait. Cependant, il y a eu un sérieux désaccord persistant entre ces modèles et les données dans la région de faible impulsion transversale, où les modèles conventionnels et hybrides n'ont pas réussi à expliquer les rendements de particules observés dans les expériences.
Dans ce contexte, une équipe de chercheurs japonais, dirigée par le physicien théoricien, le professeur Tetsufumi Hirano de l'Université de Sophia, a entrepris une enquête pour expliquer les rendements de particules manquantes dans les modèles hydrodynamiques relativistes.
Dans leurs travaux récents, ils ont proposé un nouveau "cadre d'initialisation dynamique cœur-couronne" pour décrire de manière exhaustive les collisions nucléaires à haute énergie. Leurs découvertes ont été publiées dans la revue Physical Review C et ont impliqué des contributions du Dr Yuuka Kanakubo, doctorant à l'Université de Sophia, (affiliation actuelle : chercheur postdoctoral à l'Université de Jyväskylä, Finlande) et du professeur adjoint Yasuki Tachibana de l'Université internationale d'Akita, Japon.
"Pour trouver un mécanisme pouvant expliquer l'écart entre la modélisation théorique et les données expérimentales, nous avons utilisé un cadre d'initialisation dynamique cœur-couronne (DCCI2) dans lequel les particules générées lors de collisions nucléaires à haute énergie sont décrites à l'aide de deux composants : le cœur, ou matière équilibrée, et la couronne, ou matière non équilibrée », explique le professeur Hirano. "Cette image nous permet d'examiner les contributions des composants du cœur et de la couronne à la production de hadrons dans la région à faible imAge .Les chercheurs ont effectué des simulations de collisions d'ions lourds Pb-Pb sur PYTHIA (un programme de simulation informatique) à une énergie de 2,76 TeV pour tester leur cadre DCCI2. L'initialisation dynamique des fluides QGP a permis la séparation des composants du noyau et de la couronne, qui ont été amenés à subir une hadronisation via "l'hypersurface de commutation" et la "fragmentation des chaînes", respectivement. Ces hadrons ont ensuite été soumis à des désintégrations de résonance pour obtenir les spectres d'impulsion transversale (pT).
"Nous avons désactivé les diffusions hadroniques et effectué uniquement des désintégrations de résonance pour voir une répartition du rendement total en composants de cœur et corona, car les diffusions hadroniques mélangent les deux composants à la fin de la réaction", explique le Dr Kanakubo.
Les chercheurs ont ensuite étudié la fraction des composants du cœur et de la couronne dans les spectres pT des pions chargés, des kaons chargés, des protons et des antiprotons pour les collisions à 2,76 TeV. Ensuite, ils ont comparé ces spectres avec celui obtenu à partir de données expérimentales (du détecteur ALICE au LHC pour les collisions Pb-Pb à 2,76 TeV) afin de quantifier les contributions des composantes corona. Enfin, ils ont étudié les effets des contributions des composants corona sur les variables d'écoulement.
Ils ont trouvé une augmentation relative des contributions corona dans la région spectrale d'environ 1 GeV pour les classes de centralité 0-5% et 40-60%. Bien que cela soit vrai pour tous les hadrons, ils ont trouvé une contribution corona de près de 50 % à la production de particules dans les spectres de protons et d'antiprotons dans la région de très faible pT (≈ 0 GeV) .
De plus, les résultats des simulations DCCI2 complètes ont montré un meilleur accord avec les données expérimentales d'ALICE lorsque seuls les composants du cœur avec des diffusions hadroniques (qui négligent les composants corona) ont été comparés. La contribution corona s'est avérée responsable de la dilution des cumulants à quatre particules (un flux observable) obtenus uniquement à partir des contributions du noyau, indiquant plus de permutations de particules avec contribution corona.
"Ces découvertes impliquent que les composants corona hors d'équilibre contribuent à la production de particules dans la région des spectres transversaux très faibles", explique le professeur Hirano. "Cela explique les rendements manquants dans les modèles hydrodynamiques, qui extraient uniquement les composants de base équilibrés à partir de données expérimentales. Cela montre clairement qu'il est nécessaire d'extraire également les composants non équilibrés pour une compréhension plus précise des propriétés du QGP."
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COMMENTAIRES
Ces collisions Pb -Pb sont tout d abord a expliquer .Proposer des divers modeles aproximant les résultats de plus en plus finement est une solution pragmatique ....Ce qui ne veut pas dire que ce soit la vraie définitivement ! En outre vouloir modéliser ce moment post big bang par ces collisions n'est qu' une proposition ,voire une pétition de principe ; rien ne nous permet d'interdire un plasma de particules métastables oscillant entre des valeurs de masse de quarks ou de masses bien plus petites ...L a modélisation de ce tte ''bouillie'' de plasma primitif en gaz parfait est en elle meme déja criticable ! Tout est onde plus moins courtes ,plus ou moins fermées sur elles meme et plus moins enchevetrées !!!
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More information: Yuuka Kanakubo et al, Nonequilibrium components in the region of very low transverse momentum in high-energy nuclear collisions, Physical Review C (2022). DOI: 10.1103/PhysRevC.106.054908
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