Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Горячие точки в субатомной физике - это области высокой плотности энергии или температуры в адронной или ядерной материи.

Эффекты конечного размера [ править ]

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 [ править ]

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. [1]

Горячие точки в нуклонах [ править ]

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 −23секунд), а распространение «тепла», то есть возбуждения, через тело системы конечных размеров занимает конечное время, которое определяется теплопроводностью вещества, из которого сделана система. Признаки перехода между локальным и глобальным равновесием в физике сильных взаимодействующих частиц начали появляться в 1960-х - начале 1970-х годов. В сильных взаимодействиях высоких энергий равновесие обычно не является полным. В этих реакциях с увеличением лабораторной энергии наблюдается, что поперечные импульсы образующихся частиц имеют хвост, который отклоняется от одноэкспоненциальной функции Больцмана.спектр, характерный 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. Аналогичные 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. Прогнозируя специфическую асимметрию в периферических адронных реакциях высоких энергий на основе эффекта горячей точки Ричард М. Вайнер [2]предложил прямую проверку этой гипотезы, а также предположения об относительно небольшой теплопроводности адронной материи. Теоретический анализ эффекта горячего пятна с точки зрения распространения тепла проведен в [2]. [3]

В адронных реакциях высоких энергий различают периферические реакции с малой множественностью и центральные столкновения с большой множественностью. Периферийные реакции также характеризуются наличием ведущей частицыкоторый сохраняет большую часть поступающей энергии. Буквально воспринимая 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 цели (снаряда), откуда оно, в конечном итоге, также испускается в результате 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 снижается. Это приводит к асимметрии относительно ведущей частицы, которая должна быть обнаружена 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 положениями (3). Это наблюдение стало неожиданностью [5], потому что, хотя эксперименты по рассеянию электронов на протонах без всякого сомнения показали, что нуклон имеет конечный размер, априори не было ясно, достаточно ли этот размер для того, чтобы эффект горячего пятна мог действовать. быть наблюдаемым, т.е. достаточно ли мала теплопроводность в адронных веществах. Эксперимент 4 предполагает, что это так.

Горячие точки в ядрах [ править ]

В атомных ядрах из-за их больших размеров по сравнению с нуклонами статистические и термодинамические концепции использовались еще в 1930-х годах. Ганс Бете [6] предположил, что распространение тепла в ядерной материи может быть изучено в центральных столкновениях, а Син-Итиро Томонага [7] рассчитал соответствующую теплопроводность. Интерес к этому явлению возродился в 1970-х годах благодаря работе Вайнера и Вестрома [8] [9], которые установили связь между моделью горячего пятна и предравновесным подходом, используемым в низкоэнергетических реакциях с тяжелыми ионами. [10] [11] Экспериментально модель горячих точек в ядерных реакциях была подтверждена в серии исследований.[12] [13] [14] [15], некоторые из которых имеют довольно сложную природу, включаяизмерения поляризации протонов [16] и гамма-лучей. [17] Впоследствии с теоретической стороныбыла проанализированасвязь между горячими точками и предельной фрагментацией [18] и прозрачностью [19] в реакциях с тяжелыми ионами высоких энергий и изучены «дрейфующие горячие точки» для 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] был посвящен теме локального равновесия в сильных взаимодействиях. Явления горячих точек, теплопроводности и предравновесия также играют важную роль в реакциях с тяжелыми ионами высоких энергий и в поисках фазового перехода в кварковую материю. [26]

Горячие точки и солитоны [ править ]

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. Они были предсказаны [27] [28], чтобы появиться в столкновениях тяжелых ионов низкой энергии при скоростях снаряда, немного превышающих скорость звука (E / A ~ 10-20 МэВ; здесь E - приходящая энергия, а A - атомный номер. ). Возможное свидетельство [29] этого явления обеспечивается экспериментальным наблюдением [30], что линейная передача импульса в реакциях с тяжелыми ионами, индуцированными 12C, ограничена.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ср. например, Ричард М. Вайнер, Аналогии в физике и жизни, World Scientific 2008, с. 123.
  2. ↑ Вайнер, Ричард М. (18 марта 1974 г.). «Асимметрия в периферийных производственных процессах». Письма с физическим обзором . Американское физическое общество (APS). 32 (11): 630–633. DOI : 10.1103 / physrevlett.32.630 . ISSN  0031-9007 .
  3. ^ Вайнер, Ричард М. (1 февраля 1976 г.). «Распространение« тепла »в адронной материи». Physical Review D . Американское физическое общество (APS). 13 (5): 1363–1375. DOI : 10.1103 / physrevd.13.1363 . ISSN 0556-2821 . 
  4. ↑ Гольдберг, Жак (23 июля 1979 г.). «Наблюдение предравновесного испарения пионов из возбужденных адронов?». Письма с физическим обзором . Американское физическое общество (APS). 43 (4): 250–252. DOI : 10.1103 / physrevlett.43.250 . ISSN 0031-9007 . 
  5. ^ «Горячие точки, обсуждаемые в Бонне» . ЦЕРН Курьер . Vol. 19 нет. 1. 1979. с. 24-25.
  6. ^ Бете, Х. (1938). "Труды Американского Физического Общества, Протоколы Нью-Йоркской встречи 25-26 февраля 1938 года. Аннотация 3: Возможные отклонения от испарительной модели ядерных реакций". Физический обзор . 53 (8): 675. В этом кратком резюме рассматривается асимметрия вперед-назад при центральных столкновениях.
  7. ^ Tomonaga, S. (1938). "Innere Reibung und Wärmeleitfähigkeit der Kernmaterie". Zeitschrift für Physik (на немецком языке). ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 110 (9–10): 573–604. DOI : 10.1007 / bf01340217 . ISSN 1434-6001 . S2CID 123148301 .  
  8. ^ Weiner, R .; Вестрем М. (16 июня 1975 г.). «Предравновесие и теплопроводность в ядерной материи». Письма с физическим обзором . Американское физическое общество (APS). 34 (24): 1523–1527. DOI : 10.1103 / physrevlett.34.1523 . ISSN 0031-9007 . 
  9. ^ Weiner, R .; Вестрем М. (1977). «Распространение тепла в ядерной материи и предравновесные явления». Ядерная физика . Elsevier BV. 286 (2): 282–296. DOI : 10.1016 / 0375-9474 (77) 90408-0 . ISSN 0375-9474 . 
  10. ^ Блан, М (1975). «Предравновесный распад» . Ежегодный обзор ядерной науки . Ежегодные обзоры. 25 (1): 123–166. DOI : 10.1146 / annurev.ns.25.120175.001011 . ISSN 0066-4243 . 
  11. ↑ JM Miller, in Proc lnt. Конф. по ядерной физике, воЛ 2, изд. J. de Boer и HJ Mang (Северная Голландия, Амстердам, 1973) с. 398.
  12. ^ Хо, Х .; Albrecht, R .; Dünnweber, W .; Graw, G .; Steadman, SG; Wurm, JP; Disdier, D .; Rauch, V .; Шейблинг, Ф. (1977). «Предравновесное альфа-излучение при глубоконеупругих столкновениях 16 O + 58 Ni». Zeitschrift für Physik . ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 283 (3): 235–245. DOI : 10.1007 / bf01407203 . ISSN 0340-2193 . S2CID 119380693 .  
  13. ^ Номура, Т .; Utsunomiya, H .; Мотобаяси, Т .; Inamura, T .; Янокура, М. (13 марта 1978 г.). «Статистический анализ предравновесных спектров α-частиц и возможного локального нагрева». Письма с физическим обзором . Американское физическое общество (APS). 40 (11): 694–697. DOI : 10.1103 / physrevlett.40.694 . ISSN 0031-9007 . 
  14. ^ Вестерберг, L .; Sarantites, DG; Хенсли, округ Колумбия; Дайрас, РА; Halbert, ML; Баркер, Дж. Х. (1 июля 1978 г.). «Предравновесная эмиссия частиц при синтезе 12 C + 158 Gd и 20 Ne + 150 Nd». Physical Review C . Американское физическое общество (APS). 18 (2): 796–814. DOI : 10.1103 / physrevc.18.796 . ISSN 0556-2813 . 
  15. ^ Utsunomiya, H .; Nomura, T .; Inamura, T .; Sugitate, T .; Мотобаяси, Т. (1980). «Предравновесная эмиссия α-частиц в реакциях с тяжелыми ионами». Ядерная физика . Elsevier BV. 334 (1): 127–143. DOI : 10.1016 / 0375-9474 (80) 90144-X . ISSN 0375-9474 . 
  16. ^ Sugitate, T .; Nomura, T .; Ishihara, M .; Gono, Y .; Utsunomiya, H .; Иеки, К .; Кохмото, С. (1982). «Поляризация предравновесного испускания протонов в реакции 93Nb + 14N». Ядерная физика . Elsevier BV. 388 (2): 402–420. DOI : 10.1016 / 0375-9474 (82) 90422-5 . ISSN 0375-9474 . 
  17. ^ Trautmann, W .; Хансен, Оле; Tricoire, H .; Геринг, В .; Ritzka, R .; Тромбик, В. (22 октября 1984 г.). "Динамика реакций неполного синтеза по измерениям круговой поляризации γ-излучения". Письма с физическим обзором . Американское физическое общество (APS). 53 (17): 1630–1633. DOI : 10.1103 / physrevlett.53.1630 . ISSN 0031-9007 . 
  18. ^ Beckmann, R .; Raha, S .; Stelte, N .; Вайнер, Р.М. (1981). «Ограничение фрагментации в реакциях с тяжелыми ионами высоких энергий и предварительное равновесие». Физика Письма Б . Elsevier BV. 105 (6): 411–416. DOI : 10.1016 / 0370-2693 (81) 91194-1 . ISSN 0370-2693 . 
  19. ^ Бекманн, R; Раха, S; Stelte, N; Вайнер, РМ (1 февраля 1984 г.). «Ограничение фрагментации и прозрачности в столкновениях тяжелых ионов высоких энергий». Physica Scripta . IOP Publishing. 29 (3): 197–201. DOI : 10.1088 / 0031-8949 / 29/3/002 . ISSN 0031-8949 . 
  20. ^ Stelte, N .; Вайнер Р. (1981). «Кумулятивный эффект и горячие точки». Физика Письма Б . Elsevier BV. 103 (4–5): 275–280. DOI : 10.1016 / 0370-2693 (81) 90223-9 . ISSN 0370-2693 . 
  21. ^ Stelte, N .; Вестрем, М .; Вайнер, Р.М. (1982). «Дрейфующие горячие точки». Ядерная физика . Elsevier BV. 384 (1–2): 190–210. DOI : 10.1016 / 0375-9474 (82) 90313-X . ISSN 0375-9474 . 
  22. ^ «Локальное равновесие в физике сильных взаимодействий» (LESIP I), Eds. Д. К. Скотт и Р. М. Вайнер, World Scientific 1985
  23. ^ Адронная материя в столкновении »(LESIP II) Eds. П. Каррутерс и Д. Строттман, World Scientific 1986
  24. ^ «Адронная материя в столкновении 1988» (LESIP III), ред. П. Каррутерс и Дж. Рафельски, World Scientific 1988
  25. ^ «Корреляции и множественное образование частиц» (LESI IV), ред. М. Плюмер, С. Раха и Р. М. Вайнер, World Scientific 1991.
  26. ^ Gyulassy Миклош; Rischke, Dirk H .; Чжан, Бин (1997). «Горячие точки и турбулентные начальные условия кварк-глюонной плазмы при ядерных столкновениях». Ядерная физика . 613 (4): 397–434. arXiv : nucl-th / 9609030 . DOI : 10.1016 / s0375-9474 (96) 00416-2 . ISSN 0375-9474 . S2CID 1301930 .  
  27. ^ Фаулер, GN; Raha, S .; Stelte, N .; Вайнер, Р.М. (1982). «Солитоны в ядерно-ядерных столкновениях вблизи скорости звука». Физика Письма Б . Elsevier BV. 115 (4): 286–290. DOI : 10.1016 / 0370-2693 (82) 90371-9 . ISSN 0370-2693 . 
  28. ^ Raha, S .; Wehrberger, K .; Вайнер, Р.М. (1985). «Устойчивость солитонов плотности, образующихся при ядерных столкновениях». Ядерная физика . Elsevier BV. 433 (3): 427–440. DOI : 10.1016 / 0375-9474 (85) 90274-X . ISSN 0375-9474 . 
  29. ^ Raha, S .; Вайнер, RM (7 февраля 1983 г.). «Видны ли уже солитоны в реакциях с тяжелыми ионами?». Письма с физическим обзором . Американское физическое общество (APS). 50 (6): 407–408. DOI : 10.1103 / physrevlett.50.407 . ISSN 0031-9007 . 
  30. ^ Галин, J .; Oeschler, H .; Песня, С .; Borderie, B .; Заклепка, MF; и другие. (28 июня 1982 г.). «Доказательства ограничения линейного переноса импульса в 12 C-индуцированных реакциях между 30 и 84 МэВ / нуклон». Письма с физическим обзором . Американское физическое общество (APS). 48 (26): 1787–1790. DOI : 10.1103 / physrevlett.48.1787 . ISSN 0031-9007 .