旋转的物质基本构建块的汤比最强大的龙卷风旋转速度高出100亿亿亿次，创造了“涡度”的新纪录
重建充满早期宇宙的夸克 – 胶子等离子体(QGP)的粒子碰撞揭示了这种原始汤的液滴旋转得比任何其他流体快得多。来自相对论重离子对撞机(RHIC)的数据的新分析 – 能源部科学办公室布鲁克海文实验室核物理研究用户设施 – 表明QGP的“涡度”超过了超级旋转流体动力学-cell龙卷风核心和木星的大红斑数量级，甚至超过纳米级超流体氦所保持的最快旋转记录。
刚刚在“ 自然”杂志上发表的结果 为夸克 – 胶子等离子体的显着特性列表增添了新的记录。这种汤由物质的基本组成部分 – 夸克和胶子组成 – 具有比太阳中心温度高几十万倍的温度和超低粘度或抗流动性，导致物理学家将其描述为“近乎完美”。研究这些属性和控制它们的因素，科学家们希望揭开自然界中最强大和最难理解的力量的秘密 – 负责将夸克和胶子结合到质子和中子中，形成宇宙中大部分可见物质的物质和中子。今天。
结果将新记录添加到归因于夸克 – 胶子等离子体的显着特性列表中。
具体而言，关于涡度或旋流体运动的结果将有助于科学家对等离子体的不同理论描述进行分类。有了更多数据，它可以为他们提供一种测量等离子体磁场强度的方法 – 这是探索其他有趣物理现象的重要变量。
“到目前为止，QGP特征的一个重要特点是，它是一种爆炸性膨胀并易于流动的热流体，”俄亥俄州立大学(OSU)物理学家，RHIC STAR合作成员Michael Lisa说。“但我们希望在更精细的层面上理解这种流体。它是否足够快地热化或达到平衡，以在流体本身形成涡流?如果是这样，流体如何对极端涡度做出反应?“由Lisa和OSU研究生Isaac Upsal领导的新分析为STAR提供了一种获取更精细细节的方法。
对齐旋转
“理论上说，如果我有一个带有涡旋的流体 – 一个旋转的子结构 – 它倾向于对齐它发出的粒子的旋转方向与旋转方向相同，”丽莎说。并且，虽然QGP中可能存在许多指向随机方向的小漩涡，但平均而言它们的旋转应该与所谓的系统角动量对齐 – 当碰撞粒子超过一个时，由碰撞粒子产生的系统旋转另一个几乎以光速。
为了跟踪旋转粒子和角动量，STAR物理学家将两个不同探测器组件的同时测量相关联。第一个被称为光束计数器，位于房屋大小的STAR探测器的前端和后端，在相互碰撞的粒子碰撞路径中捕捉细微的偏转。偏转的大小和方向告诉物理学家有多少角动量以及它指向每个碰撞事件的方向。
同时，STAR的时间工程室，一个围绕碰撞区的充气室，跟踪垂直于碰撞中心出现的数百甚至数千个粒子的路径。
能源部劳伦斯伯克利实验室的副发言人兼资深科学家恩斯特·西奇特曼说：“我们专门寻找Lambda超子，旋转粒子衰变成质子的迹象，以及我们在时间投影室测量的π介子。” 因为质子几乎与超子的自旋方向对齐，跟踪这些“子”质子撞击探测器的位置可以成为跟踪超子的旋转如何对齐的替身。
“我们正在寻找一些系统偏好这些子质子的方向与我们在光束计数器中测量的角动量对齐，”Upsal说。“这种偏好的大小告诉我们QGP的涡度 – 平均旋涡率。”
超级旋转
结果表明，RHIC碰撞创造了 有史以来最具 旋涡性的液体，QGP旋转速度比超速龙卷风更快，比记录中最快的旋转液体更强大。“因此，最理想的粘度最小的液体也具有最大的涡度，”丽莎说。
Lisa说，这种方法很有意义，因为QGP中的低粘度可以使涡度持续存在。“粘度会破坏旋转。使用QGP，如果你将它旋转，它往往会继续旋转。“
数据也是不同理论预测的QGP涡度的基础。“不同的理论预测不同的数量，取决于它们包含的参数，因此我们的结果将帮助我们对这些理论进行分类，并确定哪些因素最相关，”韦恩州立大学的STAR合作者谢尔盖沃洛申说。“但是大多数理论预测都太低了，”他补充道。“我们的测量结果表明，QGP比预测的更具旋涡性。”
这一发现是在光束能量扫描计划期间完成的，该计划利用RHIC独特的能力，在一系列 观察其他特别有趣的现象的范围内系统地改变碰撞能量 。实际上，理论认为这可能是发现和随后研究涡量诱导的自旋对准的最佳范围，因为预计效应会在更高的能量下减小。
增加RHIC未来碰撞中跟踪的Lambda超子的数量将提高STAR科学家使用这些测量来计算RHIC碰撞中产生的磁场强度的能力。磁性强度影响带电粒子在RHIC碰撞中产生和运动时的运动，因此测量其强度对于完全表征QGP非常重要，包括它如何分离不同带电粒子。
“理论预测，在重离子实验中产生的磁场远远高于宇宙中的任何其他磁场，”丽莎说。至少，能够准确地测量它可以获得QGP的另一个记录。