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Quando o universo muda de ideia

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Quando o universo muda de ideia

Os físicos do RHIC estudam as mudanças de fase na matéria nuclear de colisões de íons de ouro para identificar um ponto crítico nessas transições. Sua pesquisa, que envolve reconstruir e examinar o plasma de transição quark-gluon, um estado da matéria presente após o Big Bang, sugere que flutuações na composição de núcleos leves podem sinalizar esse ponto de inflexão. Certas anomalias nos dados indicam possível variabilidade, mas mais pesquisas são necessárias para confirmar a descoberta.

A análise de núcleos leves resultantes de colisões de íons de ouro fornece informações sobre as mudanças de fase da matéria primordial.

Físicos analisando dados do esmagamento de íons de ouro no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), uma instalação do usuário do Escritório de Ciências para Pesquisa de Física Nuclear do Departamento de Energia dos EUA (DOE) no Brookhaven National Laboratory do DOE, está procurando evidências de um chamado ponto crítico na maneira como a matéria nuclear muda de uma fase para outra.

Novas descobertas de membros da Colaboração STAR no RHIC publicadas na revista STAR Time Projection Chamber

The “heart” of the STAR detector at Brookhaven’s Relativistic Heavy Ion Collider is the Time Projection Chamber, which tracks and identifies particles emerging from ion collisions. Credit: Brookhaven National Laboratory

“You can imagine the nuclear phase diagram as a bridge connecting the past—the Big Bang and the early universe—to visible matter as we know it today, and even neutron stars,” said Xiaofeng Luo, a member of RHIC’s STAR Collaboration from Central China Normal University (CCNU), who led a group of students in this analysis. “It’s important scientifically and to human understanding of where we come from.”

Critical point search party

RHIC’s collisions recreate a hot, dense state of matter that existed for a tiny fraction of a second right after the Big Bang some 14 billion years ago. This matter, called a quark-gluon plasma (QGP), is a soup of “free” quarks and gluons—the building blocks of the protons and neutrons that make up atomic nuclei. Colliding heavy ions at various energies allows RHIC physicists to study how the collisions create this primordial soup and how it transitions back into ordinary nuclear matter.

To look for signs of a critical point—where the type of transition from QGP to ordinary matter changes from a smooth crossover (where two phases coexist, as when butter gradually melts on a warm day) to a sudden shift (like water suddenly boiling)—the scientists look for fluctuations in things they measure coming out of the collisions.

Mapping Nuclear Phase Changes

Mapping nuclear phase changes is like studying how water changes under different conditions of temperature and pressure (net baryon density for nuclear matter). RHIC’s collisions “melt” protons and neutrons to create quark-gluon plasma (QGP). STAR physicists are exploring collisions at different energies, turning the “knobs” of temperature and baryon density, to look for signs of a “critical point.” Credit: Brookhaven National Laboratory

A previous study found tantalizing signs of the type of fluctuations scientists would expect around the critical point by looking at the number of net protons produced at the various collision energies. Protons, each made of three quarks, form as the QGP cools, and can serve as stand-ins for the overall baryon density (baryons being all particles made of three quarks, which also includes neutrons).

Scientists expect that as the baryon density of matter increases, it’s more likely these protons and neutrons will coalesce, or come together, to form lightweight nuclei when the QGP “freezes out.” So, in this study, they tried to track the yield of one type of lightweight nucleus known as a triton—made of one proton and two neutrons. Seeing fluctuation patterns in triton production might help them zero in on the critical point.

As in the previous study, the data were collected by the Solenoidal Tracker at RHIC, a particle detector known as STAR, during phase one of the Beam Energy Scan (BES-I). This program recorded snapshots of collisions at various energies and temperatures from 2010 to 2017, capturing changes in the numbers and types of particles streaming out. This new analysis builds upon a paper that Brookhaven physicist Zhangbu Xu and colleagues published in 2017, predicting that the yield ratio of light nuclei such as tritons should be tied to the critical point.

Tracking Fluctuations in the Yield Ratio of Lightweight Nuclei

Tracking fluctuations in the yield ratio of lightweight nuclei such as deuterons and tritons emerging from collisions within the STAR detector should be sensitive to a critical point. The data (red points) mostly match predictions (shaded areas), but two outlying points may be signs of the types of fluctuations scientists expect to see around the critical point. Credit: STAR Collaboration

“The formation of these light nuclei requires a certain baryon density,” said Dingwei Zhang, a member of RHIC’s STAR Collaboration and PhD student at CCNU. “If the system is approaching the critical point, the baryon density fluctuates a lot. So, we wanted to see through this analysis if we will see the fluctuations, therefore pin down the critical point.”

The data at most of the collision energies analyzed matched theorists’ models of how new nuclei would form as protons and neutrons come together through coalescence. But at two points—from collisions at 19.6 billion election volts (GeV) and 27 GeV—the data jumped out of the baseline predicted by the model, hinting at those coveted fluctuations.

The points offer a combined significance that still falls below the level required to claim a physics discovery.

“We hoped this analysis would be sensitive to the critical point,” Luo said. “We are very happy to see these outliers here and it’s certainly encouraging. Eventually, if the critical point exists in the energy range we covered, all these observables should give a consistent signal.”

Researchers are looking forward to seeing what analyses of a plethora of additional collision data will show. In 2021, the STAR collaboration successfully completed the second phase of the Beam Energy Scan (BES II), which captured gold smashup snapshots at various RHIC energies, including the lowest energy of 3 GeV.

“We hope that the BES II data will help us enhance the sensitivity to a critical point signal,” Luo said. “With higher statistics, we may be able to reach the level of significance required to claim a discovery. And that would be big.”

Reference: “Beam Energy Dependence of Triton Production and Yield Ratio (Nt×Np/N2d) in Au+Au Collisions at RHIC” by M. I. Abdulhamid et al. (STAR Collaboration), 16 May 2023, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.202301

The research was funded by the DOE Office of Science (NP), the U.S. National Science Foundation, and a range of international organizations and agencies listed in the scientific paper.

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Físicos dizem que podem ter detectado uma falha poderosa no universo

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Físicos dizem que podem ter detectado uma falha poderosa no universo

“Depois de chegar ao Reino Cósmico, os termos e condições se aplicam.”

Einstein 2.0

Os pesquisadores descobriram o que chamam de “falha cósmica” na gravidade, o que poderia ajudar a explicar o estranho comportamento do universo em escala cósmica.

Conforme detalhado em A Novo papel Publicado em Jornal de Cosmologia e Física de AstropartículasUma equipe da Universidade de Waterloo e da Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá, levanta a hipótese de que a teoria da relatividade geral de Albert Einstein pode não ser suficiente para explicar… A expansão do universo acelerou.

“O modelo de gravidade de Einstein foi essencial para tudo, desde a teoria do Big Bang até à imagem de buracos negros”, disse o autor principal e estudante de pós-graduação em física matemática na Universidade de Waterloo, Robin Wein. Declaração sobre a pesquisa. “Mas quando tentamos compreender a gravidade ao nível cósmico, ao nível dos aglomerados de galáxias e mais além, encontramos contradições claras com as previsões da relatividade geral.”

“É como se a própria gravidade tivesse parado completamente de corresponder à teoria de Einstein”, acrescentou. “Chamamos esta discrepância de ‘falha cósmica’: a gravidade torna-se cerca de 1% mais fraca quando se trata de distâncias de milhares de milhões de anos-luz.”

imperfeição

Em resposta, a equipa criou um novo modelo para tal “falha” que modifica a teoria de Einstein para resolver estas contradições.

“Pense nisso como uma nota de rodapé à teoria de Einstein”, disse Wen no comunicado. “Depois de chegar ao Reino Cósmico, os termos e condições se aplicam.”

É uma solução possível para um problema que intriga astrônomos e físicos há décadas.

“Há quase um século, os astrónomos descobriram que o nosso Universo estava a expandir-se”, explicou o coautor e professor de astrofísica da Universidade de Waterloo, Niesh Afshordi. “Quanto mais distantes estão as galáxias, mais rápido elas se movem, a ponto de parecerem se mover quase à velocidade da luz, o máximo permitido pela teoria de Einstein.”

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“Nossas descobertas sugerem que, nessas mesmas escalas, a teoria de Einstein também pode ser inadequada”, acrescentou.

Segundo Afshordi, a proposta de correção do “desequilíbrio cósmico” é apenas o começo.

“Este novo modelo pode ser apenas a primeira pista do quebra-cabeça cósmico que estamos começando a desvendar no espaço e no tempo”, disse ele.

Mais sobre a expansão do universo: Os físicos sugerem que o universo está cheio de matéria que se move mais rápido que a luz

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O módulo solar em órbita captura a delicada coroa do Sol com detalhes impressionantes [Video]

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O módulo solar em órbita captura a delicada coroa do Sol com detalhes impressionantes [Video]

A missão da Solar Orbiter é estudar o Sol de perto e em altas latitudes, fornecer as primeiras imagens dos pólos solares e explorar a heliosfera. Fonte: ESA/ATG medialab

Impressionantes vistas de perto do Sol revelam a sua estrutura magnética dinâmica e temperaturas extremas, capturadas pelo Solar Orbiter da Agência Espacial Europeia em colaboração com… NASASonda Solar Parker.

Esta paisagem em constante mudança (veja o vídeo abaixo) é a aparência do sol de perto. o Agência Espacial Europeiade Órbita solar A transição da atmosfera inferior do Sol para a coroa externa mais quente é retratada. As estruturas semelhantes a cabelos são compostas de gás carregado (plasma), traçando as linhas do campo magnético que emergem do interior do sol.

As áreas mais brilhantes têm cerca de um milhão de graus CelsiusEnquanto a matéria fria parece escura porque absorve radiação.

Este vídeo foi gravado em 27 de setembro de 2023, pelo instrumento Extreme Ultraviolet Imager (EUI) no Solar Orbiter. Naquela época, a espaçonave estava a cerca de um terço da distância da Terra ao Sol, rumo à sua aproximação mais próxima de 27 milhões de milhas (43 milhões de km) em 7 de outubro de 2023.

No mesmo dia em que este vídeo foi gravado, a Parker Solar Probe da NASA estava apenas escaneando 4,51 milhões milhas (7,26 milhões de quilômetros) Da superfície do sol. Em vez de obter imagens diretas do Sol, Parker mediu partículas e campos magnéticos na coroa solar e no vento solar. Esta foi uma oportunidade ideal para as duas missões se unirem, uma vez que os instrumentos de detecção remota da Solar Orbiter liderada pela ESA monitorizaram a região de origem do vento solar que mais tarde fluiria através da Parker Solar Probe.

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Observe musgo, espículas, erupção e chuva

Canto inferior esquerdo: Uma característica interessante que pode ser vista ao longo deste filme é o gás brilhante formando delicados padrões semelhantes a rendas ao longo do sol. Isso é chamado de “musgo” coronal. Geralmente aparece ao redor da base de grandes loops coronais que são muito quentes ou muito fracos para serem vistos com as configurações escolhidas do instrumento.

No horizonte solar: Torres de gás, conhecidas como espículas, chegam bem acima da cromosfera do Sol. Pode atingir uma altitude de 10.000 km (6.200 milhas).

Centro por volta de 0:22: Uma pequena erupção no centro do campo de visão, com material frio subindo para o topo antes que a maior parte caia de volta para o fundo. Não se deixe enganar pelo uso da palavra “pequena” aqui: esta erupção é maior que a Terra!

À esquerda do centro, por volta das 0:30: A chuva coronal “fria” (provavelmente inferior a 10.000°C/18.000°F) parece escura contra o fundo brilhante de grandes anéis coronais (cerca de 1 milhão de graus Celsius). A chuva consiste em aglomerados de plasma de alta densidade que recuam em direção ao Sol sob a influência da gravidade.


Este é o mesmo vídeo acima, mas sem as legendas. Crédito da imagem: ESA/NASA/Solar Orbiter/EUI Team

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Cientistas do LANL descobriram mais evidências de ambientes anteriores semelhantes à Terra em Marte

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Cientistas do LANL descobriram mais evidências de ambientes anteriores semelhantes à Terra em Marte

Cientistas dos Laboratórios Nacionais de Los Alamos afirmam ter descoberto ambientes semelhantes aos da Terra em Marte.

LOS ALAMOS, Novo México – Cientistas dos Laboratórios Nacionais de Los Alamos afirmam ter descoberto ambientes semelhantes aos da Terra em Marte.

O Curiosity Rover explora a superfície de Marte desde 2015, quando pousou na cratera Gale, ao longo do equador do planeta.

O objetivo da missão é descobrir de que é feita a superfície do planeta e se ela poderia sustentar vida.

“Depois de pousarmos, encontramos muitas evidências de água corrente, como rios desaguando em lagos. Parece que a rocha do lago que representa o lago está lá há muito tempo na cratera Gale”, disse Patrick Gasda, cientista pesquisador da. LANL.

Imagens enviadas pelo Curiosity Rover mostram o grande campo de rochas de manganês.

Jasda disse: “Podemos ver que as rochas são camadas e são todas planas. Esta é uma característica das rochas formadas em lagos. Além disso, essas rochas são minerais argilosos ou rochas que só podem se formar na água.”

Embora a água já tenha desaparecido há muito tempo, isso não significa necessariamente que toda a vida também desapareceu.

“Todas as observações que temos até agora indicam que se existem micróbios em Marte como a Terra, então seria perfeitamente normal viver em Marte”, disse Gasda.

Gasda publicou suas descobertas no Journal of Geophysical Research, detalhando o que sua equipe observou enquanto trabalhava no rover Curiosity. Eles aprenderam muito com as fotos.

“Cada vez que olhamos para uma imagem de Marte, somos os primeiros a olhar para a imagem e podemos usar a nossa experiência científica para tentar compreender o que está a acontecer”, disse Gasda.

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