Prezentare generală
cercetarea fizicii nucleare se concentrează pe înțelegerea materiei compuse din quarci și gluoni, care reprezintă 99% din masa universului. Cea mai mare parte a acestei materii se găsește în miezul atomilor, aceiași atomi care cuprind tot ceea ce vedem în jurul nostru (inclusiv pe noi înșine). Cercetătorii încearcă să răspundă la întrebări precum modul în care universul a evoluat imediat după Big Bang dintr-o plasmă super-fierbinte de quarci și gluoni, modul în care s-au format diferitele elemente ale universului și modul în care un nucleu este format din protoni și neutroni individuali care interacționează între ei cu cea mai puternică forță din natură. Protonii și neutronii înșiși sunt stările legate de bază ale cuarcilor din univers; modul în care aceste stări sunt formate din cuarci care interacționează cu câmpul gluonic descris de cromodinamica cuantică este încă puțin înțeles și în studiu activ.
cercetare experimentală în Fizică Nucleară
cercetarea experimentală modernă în acest domeniu folosește accelerația de mare energie atât a protonilor, cât și a nucleelor mari, în timp ce o mare parte din cercetarea teoretică modernă se bazează pe facilități de calcul de mare putere pentru a înțelege datele și a face predicții detaliate. Universitatea din Colorado are grupuri active atât în cercetarea teoretică, cât și în cea experimentală în fizica nucleară.
Facultatea Participantă
cercetare teoretică a fizicii nucleare
fizicienii din acest domeniu explorează natura forței puternice studiind teoria Cromodinamicii cuantice. Spre deosebire de teoria cuantică a electromagnetismului, cromodinamica cuantică are proprietatea că particulele fundamentale (quarci și gluoni) interacționează din ce în ce mai slab atunci când sunt sondate la scări sau temperaturi de energie din ce în ce mai mari. Această proprietate a teoriei se numește libertate asimptotică.
Plasma Quark-Gluon
o consecință interesantă a libertății asimptotice este că, la un anumit temperament, interacțiunea ar trebui să fie atât de slabă încât particulele fundamentale să nu mai fie legate (con ned) în interiorul nucleelor obișnuite. Folosind simulări computerizate de ultimă generație ale Cromodinamicii cuantice la temperatura nitului, este posibil să se calculeze această temperatură la T 170 Mev, sau aproximativ 2 trilioane de Kelvin. Peste această temperatură, materia se află într-o nouă fază a materiei, numită plasma quark-gluon. Proprietățile acestei plasma quark-gluon sunt în prezent investigate folosind experimente la relativist Heavy-Ion Collider (RHIC) și Large Hadron Collider (LHC).
hidrodinamica relativistă
datele experimentale din RHIC și LHC indică cu tărie că plasma quark-gluon este un lichid excepțional de bun, cu o vâscozitate foarte mică. Acest lucru motivează studiul teoretic al rezultatelor experimentale folosind simulări dinamice fluide. Deoarece energia implicată în aceste experimente este foarte mare, constituenții fluizi se mișcă aproape la viteza luminii, ceea ce face necesară utilizarea unei versiuni complet relativiste a hidrodinamicii.
stele neutronice
densitățile foarte mari sunt similare cu temperaturile foarte ridicate, în sensul că interacțiunea Cromodinamicii cuantice devine slabă. Se așteaptă ca centrele stelelor neutronice să atingă cele mai mari densități de particule din univers, astfel încât este posibil ca stelele neutronice să adăpostească materie de quark în nucleele lor interioare. Studierea proprietăților stelelor neutronice și compararea cu datele observaționale este, de asemenea, unul dintre subiectele de cercetare ale fizicii nucleare teoretice.
Facultatea Participantă
- Paul Romatschke