översikt
Kärnfysikforskning är inriktad på att förstå materien som består av kvarkar och gluoner, vilket utgör 99% av universums massa. Det mesta av denna fråga finns i kärnan av atomer, samma atomer som utgör allt vi ser omkring oss (inklusive oss själva). Forskare försöker svara på frågor som hur universum utvecklades strax efter Big Bang från en super-het plasma av kvarkar och gluoner, hur de olika elementen i universum bildades och hur en kärna består av enskilda protoner och neutroner som interagerar med varandra med den starkaste kraften i naturen. Protonerna och neutronerna själva är de grundläggande bundna tillstånden för kvarkar i universum; hur dessa tillstånd bildas från kvarkar som interagerar med det gluoniska fältet som beskrivs av kvantkromodynamik är fortfarande bara dåligt förstått och under aktiv studie.
experimentell Kärnfysikforskning
Modern experimentell forskning inom detta område använder högenergiacceleration av både protoner och stora kärnor, medan mycket av modern teoretisk forskning bygger på högdrivna beräkningsanläggningar för att förstå data och göra detaljerade förutsägelser. University of Colorado har aktiva grupper i både teoretisk och experimentell forskning inom kärnfysik.
Deltagande Fakultet
teoretisk Kärnfysikforskning
fysiker inom detta område utforskar den starka kraftens natur genom att studera teorin om kvantkromodynamik. Till skillnad från kvantteorin om elektromagnetism har kvantkromodynamik egenskapen att de grundläggande partiklarna (kvarkar och gluoner) interagerar mer och mer svagt när de probes vid högre och högre energiskalor eller temperaturer. Denna egenskap hos teorin kallas asymptotisk frihet.
kvark-Gluonplasma
en intressant konsekvens av asymptotisk frihet är att interaktionen vid något temperament bör vara så svag att de grundläggande partiklarna inte längre är bundna (kon ned) inuti vanliga kärnor. Med hjälp av toppmoderna datorsimuleringar av kvantkromodynamik vid nite temperatur är det möjligt att beräkna denna temperatur för att vara 170 MeV, eller cirka 2 biljoner Kelvin. Över denna temperatur är materia i en ny fas av materia, kallad kvark-gluonplasma. Egenskaperna hos denna kvark-gluonplasma undersöks för närvarande med hjälp av experiment vid den relativistiska Heavy-Ion Collider (RHIC) och Large Hadron Collider (LHC).
relativistisk hydrodynamik
experimentella data från RHIC och LHC indikerar starkt att kvark-gluonplasma är en exceptionellt bra vätska med mycket liten viskositet. Detta motiverar den teoretiska studien av de experimentella resultaten med hjälp av flytande dynamiska simuleringar. Eftersom energin som är involverad i dessa experiment är mycket stor, rör sig vätskekomponenterna nästan med ljusets hastighet, vilket gör det nödvändigt att använda en helt relativistisk version av hydrodynamik.
neutronstjärnor
mycket höga densiteter liknar mycket höga temperaturer i den meningen att interaktionen mellan Kvantkromodynamisk blir svag. Centren för neutronstjärnor förväntas nå de högsta partikeldensiteterna i universum, så det är möjligt att neutronstjärnor har kvarkmaterial i sina inre kärnor. Att studera neutronstjärnornas egenskaper och jämföra med observationsdata är också ett av forskningsämnena för teoretisk kärnfysik.
Deltagande Fakultet
- Paul Romatschke