Một chất lỏng quark đậm đặc khác xa với chất lỏng nucleon đậm đặc
Các hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các nucleon (giống như những proton và neutron), và bản thân chúng được tạo thành từ những hạt quark. Khi bị phân nhỏ ở các mức mật độ cao, hạt nhân phân rã thành một chất lỏng nucleon và thậm chí ở mức mật độ còn cao hơn, các nucleon tự nó phân rã thành chất lỏng quark.
Trong một nghiên cứu mới, xuất bản trên tạp chí Physical Review B, các nhà nghiên cứu đã giải quyết câu hỏi liệu chất lỏng nucleon và quark có khác nhau về cơ bản không.
Tính toán lý thuyết cho thấy là các chất lỏng đều khác nhau. Cả hai dạng chất lỏng tạo ra các cuộn xoáy khi chúng quay nhưng với chất lỏng quark, các cuộn xoáy đó mang “một từ trường màu”, tương đồng với từ trường thông thường. Không có hiệu ứng đó ở chất lỏng nucleon. Do đó, các cuộn xoáy hình thành sự phân biệt rõ ràng chất lỏng quark với chất lỏng nuclear.
Quarks và nucleons bên trong hạt nhân tương tác với nhau thông qua lực hạt nhân mạnh. Lực này có một phẩm chất hấp dẫn mà các nhà khoa học gọi là sự cầm tù. Điều này có nghĩa là nhà khoa học có thể chỉ quan sát được các nhóm quark gắn kết với nhau nhưng không bao giờ thấy được chính một hạt quark. Nói cách khác, các hạt quark được coi là “bị giam cầm”. Thật khó để miêu tả sự cầm tù hay thậm chí định nghĩa nó một cách chính xác chỉ bằng các công cụ lý thuyết.
Công trình này, sử dụng các đặc tính xoáy để phân biệt chất lỏng quark với chất lỏng nucleon, giải quyết vấn đề tồn tại đã lâu. Nó gợi ý là có một ý nghĩa chính xác trong chất lỏn quark đậm đặc không bị cầm tù trong khi các chất lỏng hạt nhân lại bị cầm tù.
Liệu vật liệu hạt nhân có khác với vật chất quark không, hay nói cách khác có sự phân tách bằng một chuyển pha, là một câu hỏi cũ trong nghiên cứu về các tương tác hạt nhân mạnh, cụ thể là lý thuyết về sắc động lực học lượng tử (QCD). Tương tự, các nhà khoa học đã từng đặt câu hỏi là liệu có hay không có một định nghĩa rõ ràng về sự cầm tù.
Cả hai câu hỏi này đã được khám phá trong quá khứ từ một cái nhìn cũ có liên quan, được biết đến với lý thuyết Landau cho những chuyển pha. Lý thuyết Landau được xem như gợi ý là vật chất hạt nhân và quark không khác nhau. Nó gợi ý là sự cầm tù không thể định nghĩa được rõ ràng trong QCD.
Công trình này thách thức những kết luận bằng việc áp dụng một bộ công cụ mới do các nhà vật lý khám phá trong vòng bốn thập kỷ qua. Các công cụ đó dò được những chuyển pha topo trong các loại vật liệu vốn không phù hợp với mô thức thông thường. Khi áp dụng để nghiên cứu về QCD, chúng cho thấy là vật chất quark và vật chất hạt nhân khác biệt nhau. Để có được sự phân biệt này, các nhà khoa học phải so sánh các đặc tính xủa cuộn xoáy trong hai trường hợp. Một tính toán đơn giản cho thấy cuộn xoáy trong vật chất bẫy từ trường màu nhưng không có trong vật chất hạt nhân. Kết quả này đề xuất là sự cầm tù có thể được xác định trong QCD đậm đặc.
Anh Vũ tổng hợp
Nguồn: https://www.energy.gov/science/np/articles/dense-quark-liquid-distinct-dense-nucleon-liquid
https://www.eurekalert.org/multimedia/1010280
