Эффект горячей точки в субатомной физике - Hot spot effect in subatomic physics
Горячие точки в субатомной физике - это области с высокой плотностью энергии или температурой в адронной или ядерной материи.
Эффекты конечного размера
Горячие точки являются проявлением конечного размера системы: в субатомной физике это относится как к атомным ядрам , которые состоят из нуклонов , так и к самим нуклонам, состоящим из кварков и глюонов. Другие проявления конечных размеров этих ядер. системы проявляются в рассеянии электронов на ядрах и нуклонах. В частности, для ядер конечных размеров эффекты проявляются также в изомерном сдвиге и изотопическом сдвиге .
Статистические методы в субатомной физике
Образование горячих точек предполагает установление локального равновесия , которое, в свою очередь, происходит, если теплопроводность в среде достаточно мала. Понятия равновесия и тепла статистичны. Использование статистических методов предполагает большое количество степеней свободы. В макроскопической физике это число обычно относится к числу атомов или молекул, тогда как в ядерной физике и физике элементарных частиц оно относится к плотности уровней энергии.
Горячие точки в нуклонах
Локальное равновесие является предшественником глобального равновесия, и эффект горячей точки может использоваться 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 факта, что длительность реакции сильного взаимодействия довольно мала (порядка 10 −22 −10 −23 секунд) и распространение «тепла», т.е. возбуждения, через Для создания тела системы конечных размеров требуется конечное время, которое определяется теплопроводностью вещества, из которого сделана система. Признаки перехода между локальным и глобальным равновесием в физике сильных взаимодействий частиц начали появляться в 1960-х - начале 1970-х годов. В сильных взаимодействиях при высоких энергиях равновесие обычно не является полным. В этих реакциях с увеличением лабораторной энергии наблюдается, что поперечные импульсы образующихся частиц имеют хвост, который отклоняется от одноэкспоненциального спектра Больцмана , характерного для глобального равновесия. Наклон или эффективная температура этого хвоста поперечного импульса увеличивается с увеличением энергии. Эти большие поперечные импульсы были интерпретированы как следствие частиц, которые «просачиваются» до того, как будет достигнуто равновесие. Подобные наблюдения были сделаны в ядерных реакциях и также были приписаны эффектам предварительного равновесия. Эта интерпретация предполагает, что равновесие не является ни мгновенным, ни глобальным, а скорее локальным в пространстве и времени. Предсказав специфическую асимметрию в периферических адронных реакциях высоких энергий на основе эффекта горячего пятна, Ричард М. Вайнер предложил прямую проверку этой гипотезы, а также предположения, что теплопроводность адронной материи относительно мала. Теоретический анализ эффекта горячего пятна с точки зрения распространения тепла проведен в [4].
В адронных реакциях высоких энергий различают периферические реакции с малой множественностью и центральные столкновения с большой множественностью. Периферийные реакции также характеризуются наличием ведущей частицы, которая сохраняет большую часть поступающей энергии. Буквально понимая понятие периферического, (2) предположил, что в этом виде реакции поверхность сталкивающихся адронов локально возбуждается, вызывая горячую точку, которая высвечивается двумя процессами: 1) испусканием частиц в вакуум. 2) распространение «тепла» в тело мишени (снаряда), откуда оно в конечном итоге также испускается за счет образования частиц. Частицы, полученные в процессе 1), будут иметь более высокие энергии, чем частицы, полученные в процессе 2), потому что в последнем процессе энергия возбуждения частично ухудшается. Это приводит к асимметрии по отношению к ведущей частице, которая должна быть обнаружена в экспериментальном событии с помощью анализа событий. Этот эффект был подтвержден Жаком Гольдбергом в реакциях K− p → K− p π + π− при 14 GEV / c. Этот эксперимент представляет собой первое наблюдение локального равновесия в адронных взаимодействиях, позволяющее в принципе количественно определить теплопроводность в адронной материи в соответствии с положениями (3). Это наблюдение стало неожиданностью, потому что, хотя эксперименты по рассеянию электронов на протонах без всякого сомнения показали, что нуклон имеет конечный размер, априори не было ясно, был ли этот размер достаточно большим для того, чтобы можно было наблюдать эффект горячего пятна. т.е. достаточно ли мала теплопроводность адронных веществ. Эксперимент 4 предполагает, что это так.
Горячие точки в ядрах
В атомных ядрах из-за их больших размеров по сравнению с нуклонами статистические и термодинамические концепции использовались еще в 1930-х годах. Ганс Бете предположил, что распространение тепла в ядерной материи может быть изучено в центральных столкновениях, а Син-Итиро Томонага рассчитал соответствующую теплопроводность. Интерес к этому явлению возродился в 1970-х годах благодаря работе Вайнера и Вестрома, которые установили связь между моделью горячих точек и предравновесным подходом, используемым в низкоэнергетических реакциях с тяжелыми ионами. Экспериментально модель горячих точек в ядерных реакциях была подтверждена в серии исследований, некоторые из которых носили довольно сложный характер, включая измерения поляризации протонов и гамма-лучей. Впоследствии с теоретической стороны была проанализирована связь между горячими точками и предельной фрагментацией и прозрачностью в реакциях с тяжелыми ионами высоких энергий и изучены «дрейфующие горячие точки» для центральных столкновений. С появлением ускорителей тяжелых ионов экспериментальные исследования горячих точек в ядерной материи стали предметом актуального интереса, и теме локального равновесия в сильных взаимодействиях был посвящен ряд специальных встреч. Явления горячих точек, теплопроводности и предравновесия также играют важную роль в реакциях с тяжелыми ионами высоких энергий и в поисках фазового перехода в кварковое вещество.
Горячие точки и солитоны
Уединенные волны ( солитоны ) являются возможным физическим механизмом создания горячих точек при ядерных взаимодействиях. Солитоны - это решение уравнений гидродинамики, характеризующееся устойчивой локализованной областью высокой плотности и небольшим пространственным объемом. Было предсказано, что они появятся при столкновениях тяжелых ионов с низкими энергиями при скоростях полета снаряда, немного превышающих скорость звука (E / A ~ 10-20 МэВ; здесь E - приходящая энергия, а A - атомный номер). Возможное свидетельство этого явления обеспечивается экспериментальным наблюдением, что линейная передача импульса в реакциях с тяжелыми ионами, индуцированными 12C, ограничена.