CUM SE FORMEAZA PLASMA DE QUARCI SI GLUONI? DESPRE CIOCNIRI RELATIVISTE

Cum se formeaza plasma de quarci si gluoni? despre ciocniri relativiste

Se considera ca imediat dupa Big-Bang, la vreo 1-10 ms a existat tranzitia de la plasma de quarci si gluoni la materia hadronica. Investigatiile de laborator permit obtinerea de informatii atat asupra tranzitiei de la plasma de quarci si gluoni la materia hadronica, cat si asupra procesului invers . Plasma de quarci si gluoni se poate obtine in laborator prin ciocniri la energii foarte mari, de ordinul GeV.

Dinamica ciocnirile nucleare relativiste este strans legata de geometria ciocnirii. Acest fapt a fost pus in evidenta inca de la primele studii in domeniul Fizicii nucleare relativiste . Cea mai folosita geometrie este cea de tip 'participanti-spectatori' .

Aceasta geometrie este folosita pentru descrierea ciocnirilor nucleare la diferite energii luand in considerare comportarea lungimii de unda de Broglie, l_B, si a drumului liber mediu, l . Aceste doua marimi permit o selectare corecta a tipului de mecanism de interactie. Lungimea de unda de Broglie asociata nucleonului din nucleu - in sistemul centrului de masa - da o masura a micimii necesare sistemului incident pentru a 'observa' tinta, la o energie data, in timp ce drumul liber mediu al nucleonilor in nucleu da o masura a posibilitatii evidentierii unor interactii tari nucleon-nucleon.

Daca cele doua marimi considerate anterior sunt comparate cu raza nucleului tinta, R_T, se pot stabili fundamentele mecanismelor de interactie la diferite energii.

In cazul energiilor joase si intermediare, pentru care sunt satisfacute relatiile:

si

nucleul tinta este 'observat' ca un intreg si, de aceea, descrierea interactiei se face, in principal, prin imprastieri pe potentiale.

Pentru energii inalte - energii pentru care ( este impulsul pe nucleon al nucleului incident, iar este masa de repaus a nucleonului liber ) - ciocnirea a doua nuclee, in sistemul centrului de masa, se poate descrie luand in considerare faptul ca lungimea de unda de Broglie, l_B, este mai mica decat distanta internucleonica medie in nucleu, d, iar drumul liber mediu, l, este mai mic decat raza nucleului tinta, R_T. In aceste conditii , respectiv, - cele doua nuclee sunt considerate ca doi 'nori' de nucleoni, iar ciocnirea lor determina, in zona de suprapunere, ciocniri secventiale nucleon nucleon prin interactii tari. Apar, astfel, doua regiuni distincte care au caracteristici dinamice diferite

Regiunea de suprapunere a celor doua nuclee care se ciocnesc este cunoscuta si ca regiune participanta. In aceasta regiune au loc ciocniri secventiale nucleon-nucleon si se produc cele mai multe din fenomenele fizice de interes. Partile ramase nesuprapuse ale celor doua nuclee care se ciocnesc formeaza regiunea ( regiunile) spectatoare

Este de asteptat ca in regiunea participanta sa se produca variatii semnificative ale densitatii si temperaturii materiei nucleare formate prin ciocnire, iar evolutia acestei materii nucleare comprimate si fierbinti necesita cunoasterea unui numar important de marimi fizice cu semnificatie dinamica .

De asemenea, regiunea spectatoare va influenta dinamica ciocnirii prin dimensiuni, contact cu regiunea participanta, absorbtie de particule generate din regiunea participanta s.a.. Aceasta imagine geometrica a ciocnirilor nucleare la energii inalte se numeste imaginea participanti-spectatori.

Modelarea dinamicii acestei regiuni presupune folosirea unei game extrem de diverse de concepte, de la cele clasice la cele cuantice cu luarea in considerare a geometriei si simetriei ciocnirii.

In materia nucleara fierbinte si densa formata se pot produce diferite fenomene 'exotice'/"anomale" si pot apare diferite tranzitii de faza in materia nucleara aflata la diferite temperaturi si densitati. Gama acestor tranzitii este extrem de diversa. Punerea in evidenta a unor astfel de stari si fenomene in ciocniri nucleu-nucleu la energii peste 1 GeV/nucleon este extrem de importanta in cunoasterea structurii si proprietatilor materiei nucleare la nivel nucleonic si subnucleonic.

La ciocnirea nucleelor la viteze foarte mari , nucleonii participanti se constituie intr-o asa-numita sfera fierbinte. Un bun model de descriere a acestei sfere fierbinti este modelul fenomenologic geometric.

Ca momente importante din evolutia sferei fierbinti trebuie considerate: crearea sferei fierbinti, emisia pionilor, incetarea contactului dintre regiunea participanta si regiunile spectatoare.

In timpul procesului de suprapunere a celor doua nuclee care se ciocnesc are loc compresia si incalzirea materiei nucleare din regiunea de suprapunere

Dupa creare, sfera fierbinte "curge" un anumit timp - determinat de energia fasciculului incident si dimensiunea nucleelor care se ciocnesc - intre regiunile spectatoare, cu care este in interactie in timpul "curgerii". De aceea, poate fi folosita urmatoarea presupunere: numarul de nucleoni din sfera fierbinte se schimba foarte lent.

Conform rezultatelor obtinute la RHIC, plasma de quarci si gluoni se comporta ca un lichid si nu ca un gaz

Printre fenomenele colective mai des intalnite si analizate in ciocniri nucleare relativiste si ultrarelativiste se numara: curgerea longitudinala, curgerea radiala, curgerea transversala, "improscarea"(curgerea) laterala ("side-splash" sau "side-flow"), efectul de salt ("bounce-off"), curgerea eliptica s.a. Aceste marimi sunt descrise de modele hidrodinamice.

a)     Curgerea longitudinala este curgerea definita prin modelulu hidrodinamic al lui Landau si descrie miscarea colectiva a particulelor in directia initiala, data de directia fasciculului incident.

b)    Curgerea radiala apare pentru un camp de viteze cu simetrie sferica; se cracterizeaza prin faptul ca particulele care sunt emise din sursa de particule au un camp de viteze comun, independent de directie.

c)     Curgerea transversala este aceea curgere pentru care campul de viteze este independent de unghiul azimutal.

d)    Curgerea ("improscarea") laterala este legata de orientarea vectorului asociat parametrului de ciocnire. In ciocniri nucleu-nucleu orientarea vectorului asociat parametrului de ciocnire defineste o directie azimutala specifica. Cresterea emisiei de particule in aceasta directie se numeste curgere laterala sau "improscare" laterala.

e)     Curgerea eliptica a fost introdusa pentru a descrie o forma de emisie in care particulele sunt emise in mod preferential in raport cu un anumit unghi azimutal si cu o simetrie "spate in spate".

Fiecare tip de curgere este asociat cu modele hidrodinamice specifice si cu metode de evidentiere specifice .