Física nuclear de alta energia

Física nuclear
Fenômenos Átomo exótico Átomo hidrogenoide Barreira de Coulomb Captura eletrônica Captura neutrônica Decaimento Cluster Efeito Mössbauer Efeito Zeeman Emissão protônica Estrutura fina Fotodesintegração Isomeria nuclear Raios Alfa Raios X Radioatividade Radiação beta Radiação Gama Raio catódico Radiação de neutrões Reação nuclear Nível de energia Nucleossíntese
Conceitos Átomo Afinidade eletrônica Camada de valência Carga nuclear efetiva Energia de ligação Espectro Força nuclear Geometria molecular Interação spin-órbita Isospin Partícula subatômica Spin Massa atômica Massa crítica Material físsil Matéria nuclear Nível aberto Núcleo atómico Número atómico Número quântico principal Orbital atômico Raio atómico Temperatura neutrónica
História História da física
Modelos Atômicos Modelo atômico Modelo atômico de Bohr Modelo atômico de Dalton Modelo atômico de Rutherford Modelo atômico de Thomson Modelo da gota líquida Modelo nuclear de camadas
Leis & Equações Fator de Gamow Fórmula de Rydberg Freqüência de Larmor Lei de Moseley Lei Geiger-Nuttal Momento magnético nuclear Parâmetro de impacto Pico de Gamow Proteção magnética nuclear Seção transversal de dispersão Série de Lyman Série de Paschen Série de Humphreys
Experiências Dispersão de Rutherford Espalhamento de Rutherford Experimento de Geiger-Marsden Experiência da gota de óleo Experimento de Stern-Gerlach Grande Colisor de Hádrons Experiências não LHC
Aplicações Armas nucleares Bomba de nêutrons Combustível nuclear Energia nuclear Fissão nuclear Fissão nuclear espontânea Fusão nuclear Reator nuclear Ressonância magnética Relaxação
Físicos Ernest Rutherford Ernest Lawrence Edward Purcell Ernest Walton Enrico Fermi Henri Becquerel Marie Curie J. J. Thomson Otto Hahn Isidor Isaac Rabi Maria Göppert-Mayer

A física nuclear de alta energia estuda o comportamento da matéria nuclear em regimes de energia típicos da física de alta energia. O foco principal deste campo é o estudo de colisões de íons pesados, em comparação com átomos mais leves em outros aceleradores de partículas. Em energias de colisão suficientes, esses tipos de colisões são teorizados para produzir o plasma quark-glúon. Em colisões nucleares periféricas em altas energias espera-se obter informações sobre a produção eletromagnética de léptons e mésons que não são acessíveis em colisores elétron-pósitron devido às suas luminosidades muito menores.

História

A exploração da matéria quente de hádrons e da produção de multipartículas tem uma longa história iniciada por trabalhos teóricos sobre produção de multipartículas de Enrico Fermi e Lev Landau na URSS. Esses esforços abriram caminho para o desenvolvimento no início dos anos 1960 da descrição térmica da produção de multipartículas e do modelo estatístico bootstrap de Rolf Hagedorn. Esses desenvolvimentos levaram à busca e descoberta de plasma de quarks e glúons. O início da produção desta nova forma de matéria permanece sob investigação ativa.

Objetivos

Existem vários objetivos científicos deste programa de pesquisa internacional:

• A formação e investigação de um novo estado de matéria feito de quarks e glúons, o plasma de quark-gluon QGP, que prevaleceu no início do universo nos primeiros 30 microssegundos.

• O estudo do confinamento da cor e a transformação do confinamento da cor = quark confinando o estado de vácuo para o estado excitado que os físicos chamam de vácuo perturbativo, no qual quarks e glúons podem vagar livremente, o que ocorre na temperatura de Hagedorn;

• O estudo das origens da massa de matéria de hádrons (prótons, nêutrons etc.) acredita-se estar relacionada ao fenômeno de confinamento de quarks e estrutura de vácuo.

Programa experimental

Este programa experimental segue uma década de pesquisa no colisor RHIC no BNL e quase duas décadas de estudos usando alvos fixos no SPS no CERN e AGS no BNL. Este programa experimental já confirmou que as condições extremas da matéria necessárias para atingir a fase QGP podem ser alcançadas. Uma faixa de temperatura típica alcançada no QGP criada

$T=300~{\text{MeV}}/k_{\text{B}}=3.3\times 10^{12}~{\text{K}}$

é mais que 7005100000000000000♠100000 vezes maior do que no centro do Sol. Isso corresponde a uma densidade de energia

$\epsilon =10~{\text{GeV/fm}}^{3}=1.8\times 10^{16}~{\text{g/cm}}^{3}$.

A matéria-relativística correspondente pressão é

$P\simeq {\frac {1}{3}}\epsilon =0.52\times 10^{31}~{\text{bar}}.$