Эффект горячей точки в субатомной физике
 | Эта статья может сбивать с толку или быть непонятной читателям . ( Апрель 2018 г. ) |
Горячие точки в субатомной физике — это области высокой плотности энергии или температуры в адронной или ядерной материи.
Эффекты конечного размера
[ редактировать ]Горячие точки — это проявление конечных размеров системы: в субатомной физике это относится как к атомным ядрам , состоящим из нуклонов , так и к самим нуклонам, состоящим из кварков и глюонов . Другие проявления конечных размеров этих системы наблюдаются при рассеянии электронов на ядрах и нуклонах. В частности, для ядер эффекты конечного размера проявляются также в изомерном сдвиге и изотопическом сдвиге .
Статистические методы в субатомной физике
[ редактировать ]Образование горячих точек предполагает установление локального равновесия , которое, в свою очередь, наступает, если теплопроводность в среде достаточно мала.Понятия равновесия и теплоты являются статистическими. Использование статистических методов предполагает большое количество степеней свободы. В макроскопической физике это число обычно относится к числу атомов или молекул, тогда как в физике ядра и элементарных частиц оно относится к плотности энергетических уровней. [1]
Горячие точки в нуклонах
[ редактировать ]Локальное равновесие является предшественником глобального равновесия, и эффект горячей точки можно использовать для определения того, насколько быстро происходит переход от локального к глобальному равновесию, если вообще происходит. То, что этот переход происходит не всегда, следует из того, что продолжительность реакции сильного взаимодействия весьма мала (порядка 10 −22 –10 −23 секунд), а распространение «тепла», т. е. возбуждения, через конечное тело системы занимает конечное время, которое определяется теплопроводностью вещества, из которого состоит система.Признаки перехода между локальным и глобальным равновесием в физике частиц сильного взаимодействия начали появляться в 1960-х и начале 1970-х годов. В сильных взаимодействиях при высоких энергиях равновесие обычно не является полным. В этих реакциях с увеличением лабораторной энергии наблюдается появление хвоста поперечных импульсов образующихся частиц, отклоняющегося от единственного экспоненциального больцмановского спектра, характерного для глобального равновесия. Наклон или эффективная температура этого хвоста поперечного импульса увеличивается с увеличением энергии. Эти большие поперечные импульсы были интерпретированы как обусловленные частицами, которые «утекают» наружу до того, как будет достигнуто равновесие. Подобные наблюдения были сделаны в ядерных реакциях и также были приписаны эффектам предравновесия. Эта интерпретация предполагала, что равновесие не является ни мгновенным, ни глобальным, а скорее локальным в пространстве и времени. Путем предсказания специфической асимметрии в периферических адронных реакциях высоких энергий на основе эффекта горячего пятна Ричард М. Вайнер [2] предложил прямую проверку этой гипотезы, а также предположения, что теплопроводность в адронной материи относительно мала. Теоретический анализ эффекта горячей точки с точки зрения распространения тепла был выполнен в [12]. [3]
В адронных реакциях высоких энергий различают периферические реакции с низкой множественностью и центральные столкновения с высокой множественностью. Периферийные реакции также характеризуются наличием лидирующей частицы , сохраняющей большую долю пришедшей энергии. Буквально понимая понятие периферии, автор [2] предположил, что в такого рода реакции поверхность сталкивающихся адронов локально возбуждается, образуя горячую точку, которая девозбуждается двумя процессами: 1) испусканием частиц в вакуум 2) распространение «тепла» в тело цели (снаряда), откуда оно в конечном итоге также излучается посредством образования частиц. Частицы, полученные в процессе 1), будут иметь более высокие энергии, чем частицы, полученные в процессе 2), поскольку в последнем процессе энергия возбуждения частично ухудшается. Это приводит к асимметрии по отношению к ведущей частице, которую следует обнаружить в экспериментальном событии с помощью анализа событий. Этот эффект был подтвержден Жаком Гольдбергом. [4] в реакциях K− p→ K− p π+ π− при 14 ГЭВ/c. Этот эксперимент представляет собой первое наблюдение локального равновесия в адронных взаимодействиях, позволяющее в принципе количественно определить теплопроводность в адронной материи в соответствии с [3]. Это наблюдение стало неожиданностью, [5] потому что, хотя эксперименты по рассеянию электронов и протонов вне всякого сомнения показали, что нуклон имеет конечный размер, априори было неясно, достаточно ли велик этот размер для того, чтобы можно было наблюдать эффект горячего пятна, т.е. является ли теплопроводность в адронных веществах был достаточно мал. Эксперимент 4 предполагает, что это так.
Горячие точки в ядрах
[ редактировать ]В атомных ядрах из-за их больших размеров по сравнению с нуклонами уже в 1930-х годах стали использовать статистические и термодинамические концепции. Ганс Бете [6] предположил, что распространение тепла в ядерной материи можно изучать в центральных столкновениях и Син-Итиро Томонага. [7] рассчитал соответствующую теплопроводность. Интерес к этому явлению возродился в 1970-х годах благодаря работам Вайнера и Вестрёма. [8] [9] который установил связь между моделью горячей точки и предравновесным подходом, используемым в реакциях с тяжелыми ионами низкой энергии. [10] [11] Экспериментально модель горячей точки в ядерных реакциях была подтверждена в серии исследований. [12] [13] [14] [15] некоторые из них довольно сложного характера, включая измерения поляризации протонов. [16] и гамма-лучи. [17] Впоследствии, с теоретической точки зрения, связь между горячими точками и ограничением фрагментации [18] и прозрачность [19] в реакциях тяжелых ионов высоких энергий и изучены «дрейфующие горячие точки» центральных столкновений. [20] [21] С появлением ускорителей тяжелых ионов экспериментальные исследования горячих точек в ядерной материи стали предметом текущего интереса и серии специальных встреч. [22] [23] [24] [25] была посвящена теме локального равновесия в сильных взаимодействиях. Явления горячих точек, теплопроводности и предравновесия играют также важную роль в реакциях тяжелых ионов высоких энергий и в поисках фазового перехода в кварковую материю. [26]
Горячие точки и солитоны
[ редактировать ]Уединенные волны ( солитоны ) — возможный физический механизм создания горячих точек при ядерных взаимодействиях. Солитоны представляют собой решение гидродинамических уравнений, характеризующееся устойчивой локализованной областью высокой плотности и малым пространственным объемом. Они были предсказаны [27] [28] возникать при столкновениях низкоэнергетических тяжелых ионов при скоростях снаряда, немного превышающих скорость звука (Е/А ~ 10-20 МэВ; здесь Е — приходящая энергия, А — атомный номер). Возможные доказательства [29] для этого явления подтверждается экспериментальным наблюдением [30] что линейная передача импульса в реакциях тяжелых ионов, индуцированных 12C, ограничена.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ См. например, Ричард М. Вайнер, Аналогии в физике и жизни, World Scientific 2008, стр. 123.
- ^ Вайнер, Ричард М. (18 марта 1974 г.). «Асимметрия в периферийных производственных процессах». Письма о физических отзывах . 32 (11). Американское физическое общество (APS): 630–633. дои : 10.1103/physrevlett.32.630 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Вайнер, Ричард М. (1 февраля 1976 г.). «Распространение «тепла» в адронной материи». Физический обзор D . 13 (5). Американское физическое общество (APS): 1363–1375. дои : 10.1103/physrevd.13.1363 . ISSN 0556-2821 .
- ^ Гольдберг, Жак (23 июля 1979 г.). «Наблюдение предравновесного испарения пионов из возбужденных адронов?». Письма о физических отзывах . 43 (4). Американское физическое общество (APS): 250–252. дои : 10.1103/physrevlett.43.250 . ISSN 0031-9007 .
- ^ «Горячие точки, обсуждавшиеся в Бонне» . ЦЕРН Курьер . Том. 19, нет. 1. 1979. стр. 24–25.
- ^ Бете, Х. (1938). «Труды Американского физического общества, протокол нью-йоркского собрания 25-26 февраля 1938 года. Аннотация 3: Возможные отклонения от испарительной модели ядерных реакций». Физический обзор . 53 (8): 675. В этом кратком реферате рассматривается асимметрия вперед-назад при центральных столкновениях.
- ^ Томонага, С. (1938). «Внутреннее трение и теплопроводность ядерной материи». Журнал физики (на немецком языке). 110 (9-10). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 573-604. дои : 10.1007/bf01340217 . ISSN 1434-6001 . S2CID 123148301 .
- ^ Вайнер, Р.; Вестрём, М. (16 июня 1975 г.). «Предравновесие и теплопроводность в ядерной материи». Письма о физических отзывах . 34 (24). Американское физическое общество (APS): 1523–1527. дои : 10.1103/physrevlett.34.1523 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Вайнер, Р.; Вестрём, М. (1977). «Диффузия тепла в ядерной материи и предравновесные явления». Ядерная физика А . 286 (2). Эльзевир Б.В.: 282–296. дои : 10.1016/0375-9474(77)90408-0 . ISSN 0375-9474 .
- ^ Бланн, М. (1975). «Предравновесный распад». Ежегодный обзор ядерной науки . 25 (1). Годовые обзоры: 123–166. дои : 10.1146/annurev.ns.25.120175.001011 . ISSN 0066-4243 .
- ^ Дж. М. Миллер, в Proc Int. Конф. по ядерной физике, т. 2, изд. Дж. де Бур и Х. Дж. Манг (Северная Голландия, Амстердам, 1973) с. 398.
- ^ Хо, Х.; Альбрехт Р.; Даннвебер, В.; Грау, Г.; Стедман, С.Г.; Вурм, JP; Дисдье, Д.; Раух, В.; Шайблинг, Ф. (1977). «Предравновесное альфа-излучение, сопровождающее глубоконеупругое 16 О+ 58 Столкновения Ni». Журнал физики А. 283 ( 3). Springer Science and Business Media LLC: 235–245. doi : 10.1007/bf01407203 . ISSN 0340-2193 . S2CID 119380693 .
- ^ Номура, Т.; Уцуномия, Х.; Мотобаяши, Т.; Инамура, Т.; Янокура, М. (13 марта 1978 г.). «Статистический анализ предравновесных спектров α-частиц и возможного локального нагрева». Письма о физических отзывах . 40 (11). Американское физическое общество (APS): 694–697. дои : 10.1103/physrevlett.40.694 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Вестерберг, Л.; Сарантиты, ДГ; Хенсли, округ Колумбия; Дайрас, РА; Халберт, ML; Баркер, Дж. Х. (1 июля 1978 г.). «Предравновесная эмиссия частиц в результате слияния 12 С+ 158 Б-г и 20 Ne+ 150 Nd». Physical Review C. 18 ( 2). Американское физическое общество (APS): 796–814. doi : 10.1103/physrevc.18.796 . ISSN 0556-2813 .
- ^ Уцуномия, Х.; Номура, Т.; Инамура, Т.; Сугитате, Т.; Мотобаяши, Т. (1980). «Предравновесная эмиссия α-частиц в реакциях тяжелых ионов». Ядерная физика А . 334 (1). Эльзевир Б.В.: 127–143. дои : 10.1016/0375-9474(80)90144-х . ISSN 0375-9474 .
- ^ Сугитате, Т.; Номура, Т.; Исихара, М.; Гоно, Ю.; Уцуномия, Х.; Иеки, К.; Кохмото, С. (1982). «Поляризация предравновесного испускания протонов в реакции 93Nb + 14N». Ядерная физика А . 388 (2). Эльзевир Б.В.: 402–420. дои : 10.1016/0375-9474(82)90422-5 . ISSN 0375-9474 .
- ^ Траутманн, В.; Хансен, Оле; Трикуар, Х.; Геринг, В.; Рицка, Р.; Тромбик, В. (22 октября 1984 г.). «Динамика реакций неполного синтеза по результатам измерений круговой поляризации γ-лучей». Письма о физических отзывах . 53 (17). Американское физическое общество (APS): 1630–1633. дои : 10.1103/physrevlett.53.1630 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Бекманн, Р.; Раха, С.; Стелте, Н.; Вайнер, Р.М. (1981). «Ограничение фрагментации в реакциях с тяжелыми ионами высоких энергий и предравновесие». Буквы по физике Б. 105 (6). Эльзевир Б.В.: 411–416. дои : 10.1016/0370-2693(81)91194-1 . ISSN 0370-2693 .
- ^ Бекманн, Р; Раха, С; Стелте, Н; Вайнер, Р.М. (1 февраля 1984 г.). «Ограничение фрагментации и прозрачности при столкновениях тяжелых ионов высоких энергий». Физика Скрипта . 29 (3). Издательство ИОП: 197–201. дои : 10.1088/0031-8949/29/3/002 . ISSN 0031-8949 .
- ^ Стелте, Н.; Вайнер, Р. (1981). «Накопительный эффект и горячие точки». Буквы по физике Б. 103 (4–5). Эльзевир Б.В.: 275–280. дои : 10.1016/0370-2693(81)90223-9 . ISSN 0370-2693 .
- ^ Стелте, Н.; Вестрём, М.; Вайнер, Р.М. (1982). «Дрейфующие горячие точки». Ядерная физика А . 384 (1–2). Эльзевир Б.В.: 190–210. дои : 10.1016/0375-9474(82)90313-x . ISSN 0375-9474 .
- ^ «Локальное равновесие в физике сильных взаимодействий» (ЛЕСИП I), ред. Д.К. Скотт и Р.М. Вайнер, World Scientific, 1985 г.
- ^ Адронная материя в столкновении »(ЛЕСИП II) Под ред. П. Каррутерс и Д. Стротман, World Scientific, 1986 г.
- ^ «Адронная материя в столкновении 1988» (ЛЕСИП III), ред. П. Каррутерс и Дж. Рафельски, World Scientific, 1988 г.
- ^ «Корреляции и многочастичное рождение» (LESI IV), ред. М. Плюмер, С. Раха и Р. М. Вайнер, World Scientific, 1991.
- ^ Дюласси, Миклош; Ришке, Дирк Х.; Чжан, Бинь (1997). «Горячие точки и турбулентные начальные условия кварк-глюонной плазмы в ядерных столкновениях». Ядерная физика А . 613 (4): 397–434. arXiv : nucl-th/9609030 . дои : 10.1016/s0375-9474(96)00416-2 . ISSN 0375-9474 . S2CID 1301930 .
- ^ Фаулер, Дж.Н.; Раха, С.; Стелте, Н.; Вайнер, Р.М. (1982). «Солитоны в ядерно-ядерных столкновениях вблизи скорости звука». Буквы по физике Б. 115 (4). Эльзевир Б.В.: 286–290. дои : 10.1016/0370-2693(82)90371-9 . ISSN 0370-2693 .
- ^ Раха, С.; Вербергер, К.; Вайнер, Р.М. (1985). «Устойчивость солитонов плотности, образующихся при ядерных столкновениях». Ядерная физика А . 433 (3). Эльзевир Б.В.: 427–440. дои : 10.1016/0375-9474(85)90274-х . ISSN 0375-9474 .
- ^ Раха, С.; Вайнер, Р.М. (7 февраля 1983 г.). «Уже наблюдаются ли солитоны в реакциях с тяжелыми ионами?». Письма о физических отзывах . 50 (6). Американское физическое общество (APS): 407–408. дои : 10.1103/physrevlett.50.407 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Галин Дж.; Ошлер, Х.; Песня, С.; Бордери, Б.; Ривет, МФ; и др. (28 июня 1982 г.). «Доказательства ограничения линейной передачи импульса в 12 C-индуцированные реакции между 30 и 84 МэВ/ед.». Physical Review Letters . 48 (26). Американское физическое общество (APS): 1787–1790. doi : 10.1103/physrevlett.48.1787 . ISSN 0031-9007 .