當原子核以接近光速相互碰撞時，它們會短暫產生夸克-膠子等離子體，這是一種極度高溫的物質狀態，其中夸克和膠子可以自由移動。這種奇特的物質表現得像一種近乎完美的流體，並為科學家提供了一種研究類似於宇宙大爆炸後不久所存在的條件的方法。
研究人員對該等離子體的劇烈旋轉運動和強大的電磁場給予了相當大的關注。然而，其加速度受到的審視卻少得多，儘管它直接促成了火球的快速膨脹。在流體力學中，加速度與渦量同等基本，就像電場和磁場在電磁學中被視為同等重要的部分一樣。
繪製碰撞能量下的加速度分佈
由復旦大學物理學家馬餘剛和黃緒貴領導的研究團隊著手繪製夸克-膠子等離子體內部加速度的形成和變化。
研究人員結合了兩種廣泛使用的粒子傳輸模型 AMPT 和 UrQMD，並採用了高斯模糊方法。這項技術將個別粒子分佈轉化為連續的能量、動量和速度場，使團隊能夠將該等離子體視為一種演化的流體進行檢視。
利用這種方法，他們追蹤了從 3.5 GeV 到 2.76 TeV 的碰撞能量下的加速度。
黃緒貴教授解釋說：「加速度不僅僅是一個運動學細節——它可能作為量子色動力學物質的一種熱力學控制參數。」
火球邊緣的極端加速度
模擬顯示，在低碰撞能量和高碰撞能量下，峰值固有加速度都可以達到數百 MeV。最強的橫向加速度始終指向外部，並出現在火球外邊界附近。
這個邊緣成為加速度的熱點，因為那裡的壓力迅速下降，而焓密度保持較低。根據相對論歐拉方程，這兩種條件相互加強，大大增加了加速度。
等離子體的行為因碰撞能量的不同而異。在較低能量下，核停止最初會減慢物質的速度，產生高達約 500 MeV 的減速度。在超相對論能量下，原子核相互穿過的 so 速度非常快，以至於它們將新產生的等離子體拉入短暫而強烈的加速度脈衝中。
由於最強的加速度仍然集中在邊界上，因此無論原子核是直接碰撞還是以一定角度相互撞擊，總體效應的變化都很小。
一種控制極端物質的可能新方法
加速度可能影響的不僅僅是等離子體的運動。通過 Unruh 效應，一個加速的觀察者會將真空視為一個熱環境。因此，數百 MeV 的加速度可能類似於接近量子色動力學相變溫度的溫度。
這種可能性表明，加速度可以為量子色動力學物質的相結構增加一個新的「加速度軸」。它可能會影響手徵相變和與夸克禁閉相關的相變。
加速度還可以產生先前未探索的傳輸效應，並影響粒子自旋的對齊。這些效應將補充由渦量產生的效應，並可能幫助研究人員調查在 RHIC 和 LHC 觀察到的未解決自旋行為。
尋找可測量的對撞機信號
研究人員現在計劃在他們的計算中包含更真實的流體動力學演化。他們還希望確定能夠揭示加速度影響的實驗信號，包括超子自旋極化的模式。
通過將非慣性量子效應與可測量的粒子行為聯繫起來，這項工作為研究由強相互作用支配的物質開闢了一個新的方向。
黃緒貴教授表示：「正如溫度和密度定義了物質的相圖一樣，加速度可能會打開該相圖的一個新軸。通過繪製夸克-膠子等離子體的這個隱藏維度，我們希望將非慣性量子效應轉化為實驗實際可以測量的標誌。」