Теоретики MIT и UCSB: тяжёлые кварки в кварк-глюонной плазме получают негауссовы импульсные толчки

Жан Дю Плесси из MIT и Бруно Шейхинг-Хичфельд из Института теоретической физики Кавли при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре (UCSB) рассчитали, как слабосвязанная плазма из кварков и глюонов толкает тяжёлый кварк, летящий почти со скоростью света. В Physical Review Letters они сообщают, что перенос тяжёлых кварков за пределами ведущего логарифма при слабой связи принципиально негауссов doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Это теоретический результат, а не измерение.

За пределами броуновского движения

В 1905 году Эйнштейн связал движение частицы в жидкости с микроскопической структурой жидкости: сопротивление тормозит частицу, а случайные толчки атомов и молекул поддерживают её движение. Толчки описываются колоколообразным распределением вероятности, где экстремальные толчки одинаково редки в обе стороны. По словам Дю Плесси, для релятивистских частиц это соотношение нарушается, и уже 20 лет известно, что в нём чего-то не хватает.

Авторы вычислили ядро передачи импульса в ведущем порядке для релятивистских тяжёлых кварков в слабосвязанной неабелевой плазме. Они сшили пертурбативную передачу импульса на тепловом масштабе с мягкой физикой, просуммированной в приближении жёстких тепловых петель doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Распределение получилось колоколообразным для малых толчков, но продольная передача импульса имеет асимметричные экспоненциальные хвосты, которые, по оценке авторов, критичны для динамики уравновешивания doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Дю Плесси говорит, что большие толчки встречаются чаще, чем предсказывает колокол. Сильный толчок, замедляющий кварк больше, чем одно лишь сопротивление, вероятнее столь же сильного толчка, после которого кварк движется быстрее ожидаемого.

Что это значит для кварк-глюонной плазмы

В первые микросекунды после Большого взрыва вещество было плазмой из кварков и глюонов с температурой в триллион градусов. В ускорителях её воссоздают столкновениями ионов почти со скоростью света: получаются капли размером с атомное ядро, существующие десятки септиллионных долей секунды. Тяжёлые кварки, проходящие через такие капли, служат зондами её структуры.

Команда повторила расчёт для плазм разного состава и получила то же перекошенное распределение. Кроме того, эта структура уже содержалась в более раннем расчёте для сильносвязанной голографической плазмы doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Авторы заключают, что она не связана ни со слабой или сильной связью, ни с конформностью, ни с суперсимметрией, и ожидают её и в физической кварк-глюонной плазме doi.orgPhysical Review Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.

Исследователи отмечают, что такие предсказания можно сравнивать с экспериментами, чтобы охарактеризовать плазму. Дю Плесси добавляет, что первичная плазма, вероятно, взаимодействует сильнее, чем подразумевает броуновская картина: она больше похожа на жидкость, чем на газ.