Milyarlarca kilometrelik kara delikler (solda, Event Horizon Telescope tarafından görüntülendiği gibi), atom çekirdeği çarpışmalarında yaratılan yoğun bir atom altı gluon durumuyla (sağda) aynı özellikleri paylaşıyor. Kredi: Event Horizon Telescope Collaboration (solda) ve Brookhaven Ulusal Laboratuvarı (sağda).
Fizikçiler, nükleer maddeyi bir arada tutmaktan sorumlu “tutkal” parçacıkları olan kara deliklerin ve gluonların yoğun halinin benzer özelliklere sahip olduğunu kanıtladılar.
Bilim
Fizikçiler, atom çekirdeği içindeki güçlü nükleer kuvvetten sorumlu olan yoğun gluon halleri ile evrendeki büyük kütleli kara delikler arasında dikkate değer bir benzerlik ortaya çıkardılar. Renkli cam yoğuşması (CGC) olarak adlandırılan yoğun gluon duvarları, atom çekirdekleri arasındaki çarpışmalardan ortaya çıkar ve inanılmaz derecede küçüktür, sadece 10-19 kilometre boyutunda – bir kilometrenin milyarda birinden daha az. Tam aksine, kara delikler milyarlarca kilometreyi kapsayabilir.
Bu çığır açan araştırma, her iki sistemin de yoğun bir şekilde düzenlenmiş, kendi kendine etkileşen kuvvet taşıyıcı parçacıklardan oluştuğunu ortaya koyuyor. CGC durumunda, bu parçacıklar gluonlardır, karadeliklerde ise gravitonlardır. Hem CGC içindeki gluonların hem de kara delikler içindeki gravitonların organizasyonu, ilgili her bir sistemin enerjisi ve boyutu için optimize edilmiştir.
Darbe
CGC ve karadeliklerdeki yüksek dereceli düzen, parçacıkların özellikleri hakkında mümkün olan maksimum miktarda kuantum “bilgisini” paketleyen her bir sistem tarafından yönlendirilir. Bu, uzamsal dağılımlarını, hızlarını ve kolektif kuvvetlerini içerir. “Bilgi” içeriğine ilişkin bu tür sınırlamalar evrenseldir. Bu, araştırmanın, kuantum bilgi biliminin bu çok farklı sistemleri anlamak için yeni düzenleme ilkeleri sağlayabileceğini öne sürdüğü anlamına gelir.
Bu sistemler arasındaki matematiksel benzerlik aynı zamanda her birini incelemenin diğerini anlamamızı geliştirebileceği anlamına gelir. Yerçekimi şok dalgalarının karşılaştırmaları özellikle ilgi çekicidir. Kara delik nükleer çarpışmalarda gluon şok dalgaları ile birleşme.
Özet
Bilim adamları nükleer çarpışmalardaki güçlü kuvveti inceliyorlar. Örneğin, bir Enerji Bakanlığı kullanıcı tesisi olan Relativistic Heavy Ion Collider’da, ışık hızına yakın hızlanan atom çekirdekleri, renkli cam yoğuşması (CGC) olarak bilinen yoğun gluon duvarları haline gelir. Çekirdekler çarpıştığında, CGC, neredeyse mükemmel bir kuark ve gluon sıvısı oluşturmak için gelişir; bu, tüm görünür maddeleri oluşturan temel yapı taşlarıdır.
Güçlü kuvvet atom altı ölçeklerde faaliyet gösterse de, Münih Ludwig Maximilian Üniversitesi, Max Planck Fizik Enstitüsü ve Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki bilim adamları tarafından yapılan bu son analiz, CGC’nin karadeliklerle, yani kütleçekim kuvveti uygulayan devasa graviton kümeleriyle ortak özellikler taşıdığını gösteriyor. Evren.
Her iki kendi kendine etkileşen parçacık grubu, her sistemde var olabilecek entropi veya düzensizlik miktarına ilişkin evrensel bir sınırı karşılayacak şekilde kendilerini organize ediyor gibi görünmektedir. Bu matematiksel benzerlik, karadelik oluşumu, termalleşme ve bozunma ile gluon duvarları ultrarelativistik hızlarda (ışık hızına yakın) nükleer çarpışmalarda çarpıştığında ne olduğu arasındaki benzerliklere işaret ediyor.
Bu yazışmayı yönlendiren entropi sınırı, kuantum bilgi biliminin (QIS) temel bir özelliği olan maksimum bilgi paketleme ile ilgilidir. Bu nedenle QIS, bilim adamlarının gluonlar, gravitonlar, CGC ve kara delikler hakkındaki anlayışlarını daha fazla bilgilendirebilir. Bu yaklaşım, bu karmaşık sistemler hakkındaki soruları simüle etmek ve yanıtlamak için soğuk atomları kullanan kuantum bilgisayarların tasarımını da ilerletebilir.
Referans: “QCD ve yerçekimindeki küçük parçacıkların klasikleştirilmesi ve birimleştirilmesi: CGC-kara delik yazışması”, Gia Dvali ve Raju Venugopalan, 29 Mart 2023, Fiziksel İnceleme D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.105.056026
Çalışma, Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi, Nükleer Fizik programı, Humboldt Vakfı ve Alman Araştırma Vakfı tarafından finanse edildi.