przegląd
fizyka jądrowa badania koncentrują się na zrozumieniu materii złożonej z kwarków i gluonów, która stanowi 99% masy wszechświata. Większość tej materii znajduje się w jądrze atomów, tych samych atomów, które składają się na wszystko, co widzimy wokół nas (w tym nas samych). Badacze starają się odpowiedzieć na pytania, jak wszechświat ewoluował tuż po Wielkim Wybuchu z super-gorącej plazmy kwarków i gluonów, jak powstawały różne elementy wszechświata i jak jądro składa się z pojedynczych protonów i neutronów oddziałujących ze sobą z najsilniejszą siłą w przyrodzie. Same protony i neutrony są podstawowymi stanami związanymi kwarków we wszechświecie; sposób, w jaki te stany powstają z kwarków oddziałujących z polem gluonicznym opisanym przez Chromodynamikę kwantową, jest nadal słabo poznany i jest przedmiotem aktywnych badań.
eksperymentalne badania nad fizyką jądrową
współczesne badania eksperymentalne w tej dziedzinie wykorzystują wysokoenergetyczne przyspieszenie zarówno protonów, jak i dużych jąder, podczas gdy wiele nowoczesnych badań teoretycznych opiera się na obiektach obliczeniowych o dużej mocy, aby zrozumieć Dane i dokonać szczegółowych prognoz. University of Colorado ma aktywne grupy zarówno w badaniach teoretycznych i eksperymentalnych w fizyce jądrowej.
teoretyczne badania fizyki jądrowej
fizycy w tej dziedzinie badają naturę siły silnej, studiując teorię Chromodynamiki kwantowej. W przeciwieństwie do kwantowej teorii elektromagnetyzmu, Chromodynamika kwantowa ma tę właściwość, że cząstki fundamentalne (kwarki i gluony) oddziałują coraz słabiej, gdy są badane w coraz wyższych skalach energetycznych lub temperaturach. Ta właściwość teorii nazywa się swobodą asymptotyczną.
Plazma kwarkowo-gluonowa
interesującą konsekwencją swobody asymptotycznej jest to, że przy pewnym temperamencie oddziaływanie powinno być tak słabe, że podstawowe cząstki nie są już związane (con ned) wewnątrz zwykłych jąder. Korzystając z najnowocześniejszych symulacji komputerowych Chromodynamiki kwantowej w temperaturze nite, można obliczyć tę temperaturę jako T≈170 MeV, czyli około 2 bilionów kelwinów. Powyżej tej temperatury Materia znajduje się w nowej fazie materii, zwanej plazmą kwarkowo-gluonową. Właściwości tej plazmy kwarkowo-gluonowej są obecnie badane przy użyciu eksperymentów w Relatywistycznym Zderzaczu Ciężkich Jonów (RHIC) i Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC).
hydrodynamika relatywistyczna
dane doświadczalne RHIC i LHC wyraźnie wskazują, że plazma kwarkowo-gluonowa jest wyjątkowo dobrą cieczą o bardzo małej lepkości. Motywuje to teoretyczne badanie wyników eksperymentalnych za pomocą symulacji dynamiki płynów. Ponieważ energia zaangażowana w te eksperymenty jest bardzo duża, składniki płynu poruszają się prawie z prędkością światła, co sprawia, że konieczne jest użycie w pełni relatywistycznej wersji hydrodynamiki.
gwiazdy neutronowe
bardzo wysokie gęstości są podobne do bardzo wysokich temperatur w tym sensie, że oddziaływanie Chromodynamiki kwantowej staje się słabe. Oczekuje się, że centra gwiazd neutronowych osiągną najwyższe gęstości cząstek we wszechświecie, więc jest możliwe, że gwiazdy neutronowe przechowują materię kwarkową w swoich rdzeniach wewnętrznych. Badanie właściwości gwiazd neutronowych i porównywanie z danymi obserwacyjnymi jest również jednym z przedmiotów badań teoretycznej fizyki jądrowej.
- Paul Romatschke