oversigt
Kernefysikforskning er fokuseret på at forstå sagen sammensat af kvarker og gluoner, som udgør 99% af universets masse. Det meste af denne sag findes i kernen af atomer, de samme atomer, der omfatter alt, hvad vi ser omkring os (inklusive os selv). Forskere søger at besvare spørgsmål som hvordan universet udviklede sig lige efter Big Bang fra et super-varmt plasma af kvarker og gluoner, hvordan de forskellige elementer i universet blev dannet, og hvordan en kerne består af individuelle protoner og neutroner, der interagerer med hinanden med den stærkeste kraft i naturen. Protonerne og neutronerne selv er de grundlæggende bundne tilstande af kvarker i universet; hvordan disse tilstande dannes af kvarker, der interagerer med det gluoniske felt beskrevet af kvantekromodynamik, forstås stadig kun dårligt og under aktiv undersøgelse.
eksperimentel Kernefysikforskning
moderne eksperimentel forskning på dette område bruger højenergiacceleration af både protoner og store kerner, mens meget af moderne teoretisk forskning er afhængig af højdrevne beregningsfaciliteter for at forstå data og foretage detaljerede forudsigelser. University of Colorado har aktive grupper inden for både teoretisk og eksperimentel forskning inden for kernefysik.
Deltagende Fakultet
teoretisk Kernefysikforskning
fysikere på dette område udforsker karakteren af den stærke kraft ved at studere teorien om kvantekromodynamik. I modsætning til kvantteorien om elektromagnetisme har kvantekromodynamik den egenskab, at de grundlæggende partikler (kvarker og gluoner) interagerer mere og mere svagt, når de undersøges ved højere og højere energiskalaer eller temperaturer. Denne egenskab af teorien kaldes asymptotisk frihed.
kvark-Gluonplasma
en interessant konsekvens af asymptotisk frihed er, at interaktionen ved en vis temperament skal være så svag, at de grundlæggende partikler ikke længere er bundet (con ned) inde i almindelige kerner. Ved hjælp af avancerede computersimuleringer af kvantekromodynamik ved nite-temperatur er det muligt at beregne denne temperatur til at være mindst 170 MeV eller omkring 2 billioner Kelvin. Over denne temperatur er stof i en ny fase af stof, kaldet kvark-gluonplasmaet. Egenskaberne af dette kvark-gluonplasma undersøges i øjeblikket ved hjælp af eksperimenter ved den relativistiske Heavy-Ion Collider (RHIC) og Large Hadron Collider (LHC).
relativistisk hydrodynamik
de eksperimentelle data fra RHIC og LHC indikerer stærkt, at kvark-gluonplasmaet er en usædvanlig god væske med en meget lille viskositet. Dette motiverer den teoretiske undersøgelse af de eksperimentelle resultater ved hjælp af væskedynamiske simuleringer. Da energien involveret i disse eksperimenter er meget stor, bevæger væskebestanddelene næsten med lysets hastighed, hvilket gør det nødvendigt at anvende en fuldt relativistisk version af hydrodynamik.
neutronstjerner
meget høje tætheder ligner meget høje temperaturer i den forstand, at interaktionen mellem Kvantekromodynamisk bliver svag. Centrene af neutronstjerner forventes at nå de højeste partikeldensiteter i universet, så det er muligt, at neutronstjerner har kvarkstof i deres indre kerner. At studere egenskaberne af neutronstjerner og sammenligne med observationsdata er også et af forskningsemnet for teoretisk atomfysik.
Deltagende Fakultet
- Paul Romatschke