overzicht
Kernfysisch onderzoek is gericht op het begrijpen van de materie die bestaat uit quarks en gluonen, die 99% van de massa van het heelal uitmaken. Het grootste deel van deze materie bevindt zich in de kern van atomen, dezelfde atomen die alles omvatten wat we om ons heen zien (inclusief onszelf). Onderzoekers proberen vragen te beantwoorden zoals hoe het heelal net na de oerknal is geëvolueerd uit een super heet plasma van quarks en gluonen, hoe de verschillende elementen van het heelal zijn gevormd, en hoe een kern bestaat uit individuele protonen en neutronen die met de sterkste kracht in de natuur met elkaar in wisselwerking staan. De protonen en neutronen zelf zijn de fundamentele bindingstoestanden van quarks in het universum; hoe deze toestanden worden gevormd uit quarks die interageren met het gluonische veld dat door de kwantumchromodynamica wordt beschreven, is nog steeds slechts slecht begrepen, en wordt actief bestudeerd.
experimenteel Kernfysisch onderzoek
Modern experimenteel onderzoek op dit gebied maakt gebruik van hoge-energetische versnelling van zowel protonen als grote kernen, terwijl een groot deel van modern theoretisch onderzoek berust op krachtige rekenfaciliteiten om gegevens te begrijpen en gedetailleerde voorspellingen te doen. De Universiteit van Colorado heeft actieve groepen in zowel theoretisch als experimenteel onderzoek in de kernfysica.
Deelnemende Faculteit
theoretisch Kernfysisch onderzoek
natuurkundigen op dit gebied onderzoeken de aard van de sterke kracht door de theorie van de kwantumchromodynamica te bestuderen. In tegenstelling tot de kwantumtheorie van elektromagnetisme, heeft de kwantumchromodynamica de eigenschap dat de fundamentele deeltjes (quarks en gluonen) steeds zwakker interageren wanneer ze op hogere en hogere energieschalen of temperaturen worden gesondeerd. Deze eigenschap van de theorie wordt asymptotische vrijheid genoemd.
Quark-Gluonplasma
een interessant gevolg van asymptotische vrijheid is dat bij enig temperament de interactie zo zwak zou moeten zijn dat de fundamentele deeltjes niet langer gebonden zijn in gewone kernen. Met behulp van geavanceerde computersimulaties van kwantumchromodynamica bij nite temperatuur, is het mogelijk om deze temperatuur te berekenen op T≈170 MeV, of ongeveer 2 biljoen Kelvin. Boven deze temperatuur bevindt de materie zich in een nieuwe fase van de materie, het quark-gluonplasma genaamd. De eigenschappen van dit quark-gluonplasma worden momenteel onderzocht aan de hand van experimenten met de relativistische zwaar-Ion Collider (RHIC) en de Large Hadron Collider (LHC).
relativistische hydrodynamica
de experimentele gegevens van RHIC en de LHC wijzen er sterk op dat het quark-gluonplasma een uitzonderlijk goede vloeistof is met een zeer kleine viscositeit. Dit motiveert de theoretische studie van de experimentele resultaten met behulp van fluid dynamic simulaties. Aangezien de energie die bij deze experimenten betrokken is zeer groot is, bewegen de vloeibare bestanddelen bijna met de snelheid van het licht, waardoor het noodzakelijk is om een volledig relativistische versie van de hydrodynamica te gebruiken.
neutronensterren
zeer hoge dichtheden zijn vergelijkbaar met zeer hoge temperaturen in die zin dat de interactie van Kwantumchromodynamisch zwak wordt. De centra van neutronensterren zullen naar verwachting de hoogste deeltjesdichtheid in het heelal bereiken, dus het is mogelijk dat neutronensterren quark-materie in hun binnenste kernen Herbergen. Het bestuderen van de eigenschappen van neutronensterren en het vergelijken met observationele gegevens is ook een van de onderzoeksonderwerpen van de theoretische kernfysica.
Deelnemende Faculteit
- Paul Romatschke