Física Nuclear

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física Nuclear de pesquisa é focada no entendimento da questão compostas de quarks e glúons, o que faz com até 99% da massa do universo. A maior parte desta matéria é encontrada no núcleo dos átomos, os mesmos átomos que compõem tudo o que vemos à nossa volta (incluindo nós mesmos). Os pesquisadores procuram responder a questões como: como evoluiu o universo logo após o Big Bang de um super-quente do plasma de quarks e glúons, como os diferentes elementos do universo foi formado, e como um núcleo é composto de indivíduo, prótons e nêutrons, interagindo uns com os outros, com a maior força na Natureza. Os próprios prótons e nêutrons são os estados de ligação básicos dos quarks no universo; como esses estados são formados a partir de quarks interagindo com o campo gluônico descrito pela cromodinâmica quântica ainda é pouco compreendido, e sob estudo ativo.

Experimental de Investigação de Física Nuclear

Moderna experimental de investigação neste campo utiliza alta energia de aceleração dos prótons e núcleos grandes, enquanto grande parte da moderna pesquisa teórica depende de alta potência computacional, instalações para entender os dados e fazer previsões detalhadas. A Universidade do Colorado tem grupos ativos em pesquisa teórica e experimental em Física nuclear.

Faculdade Participante

Ed Kinney: A minha investigação centra-se na elucidação de como os constituintes básicos do núcleo, quarks, estão ligados num campo gluónico. Atualmente, ainda temos apenas distribuições básicas de momento unidimensional dos quarks e glúons. Avanços recentes, tanto experimentais quanto teóricos, abriram a possibilidade de aprender sobre a verdadeira estrutura tridimensional.

Jamie Nagle: minha pesquisa atual é no campo da física experimental de íons pesados de alta energia. A atual teoria das interações fortes (cromodinâmica quântica QCD) prevê que a matéria nuclear em alta densidade (maior do que no centro do Sol) e alta temperatura (mais quente do que no centro do Sol), passará por uma fase de transição, onde os quarks e os glúons não estão mais confinados ao indivíduo núcleons. A formação e detecção experimental de tal estado (chamado plasma quark-gluon ou QGP) é o principal objetivo da física nuclear de alta energia.

Dennis Perepelitsa: Estudo as propriedades da matéria nuclear a temperaturas e densidades extremamente elevadas. No primeiro microssegundo após o Big Bang, toda a matéria que eventualmente se tornaria o universo observável existia em uma fase quente, densa e primordial de Plasma Quark-Gluon (QGP). Embora saibamos que a forte interação nuclear é governada pela teoria da cromodinâmica quântica, o QGP exibe comportamentos notáveis, não intuitivos, que não são evidentes apenas a partir desta teoria fundamental. Minha pesquisa utiliza colisões Ultra-relativísticas de núcleos pesados, primeiro no Grande Colisor de hádrons e, eventualmente, no relativístico Colisor de íons pesados, para investigar experimentalmente as propriedades emergentes da matéria nuclear sob condições extremas.

Theoretical Nuclear Physics Research

Physicists in this field explore the nature of the strong force by studying the theory of Quantum Chromodynamics. Ao contrário da teoria quântica do eletromagnetismo, a Cromodinâmica Quântica tem a propriedade de que as partículas fundamentais (quarks e glúons) interagir mais e mais fracamente quando analisada em maior e maior energia escalas ou temperaturas. Esta propriedade da teoria é chamada liberdade assintótica.

Quark-Gluon Plasma

Uma interessante consequência da liberdade assintótica é que em algum temperatura, a interação deve ser tão fraco que as partículas fundamentais não são vinculados (con ned) dentro ordinária núcleos. Usando simulação de computador de última geração da cromodinâmica quântica à temperatura de nite, é possível calcular esta temperatura como T≈170 MeV, ou cerca de 2 trilhões de Kelvin. Acima desta temperatura, a matéria está em uma nova fase da matéria, chamada plasma quark-gluon. As propriedades deste plasma quark-gluão são atualmente investigadas usando experimentos no Colisor relativístico de íons pesados (RHIC) e no Grande Colisor de Hádrons (LHC).

Hydrodynamics Relativistic

The experimental data from RHIC and the LHC strongly indicate that the quark-gluon plasma is an exceptionally good liquid, with a very small viscosity. Isto motiva o estudo teórico dos resultados experimentais usando simulações dinâmicas de fluidos. Uma vez que a energia envolvida nestes experimentos é muito grande, os constituintes fluidos estão se movendo quase à velocidade da luz, tornando necessário usar uma versão totalmente relativística da hidrodinâmica.

Estrelas de nêutrons

densidades muito altas são semelhantes a temperaturas muito altas no sentido de que a interação da cromodinâmica quântica se torna fraca. Espera-se que os centros das Estrelas de nêutrons atinjam as maiores densidades de partículas no universo, então é possível que as estrelas de nêutrons abrigem matéria quark em seus núcleos internos. Estudar as propriedades das Estrelas de nêutrons e comparar dados observacionais é também um dos temas de pesquisa da física nuclear teórica.

Faculdade Participante

  • Paul Romatschke

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