重原子核碰撞在一起会形成一种流体状的汤，由可见物质的基本构成要素夸克和胶子组成。这种汤的粘度非常低——这是衡量其“粘性”或流动阻力的标准。

理论学家首次系统地研究了这种粘度是否会随碰撞能量的变化而变化，以及如何变化。这项研究考虑了碰撞原子核相互穿过时发生的变化。这项研究发表在《物理评论快报》上。

计算预测流体的粘度会随着净重子密度的增加而增加，净重子密度是指重子(由三个夸克组成的粒子，如组成碰撞原子核的中子和质子)相对于反重子(在碰撞中产生)的相对丰度。

这项分析确定了将新模拟与不同能量的金核碰撞实验数据进行拟合的最佳参数。它预测随着净重子密度的增加，粘度会增加。这与部分但不是全部的理论预测相符。未来，科学家将使用相同的理论框架来整合来自一系列碰撞能量的更多数据。

这些扩展的模拟不仅会提供关于粘度的信息，还会提供关于核物质整个相图的数据，该相图描绘了核物质如何随着温度和重子密度的变化而从固体、液体、气体或等离子体发生变化。

这项工作结合了所有三个空间维度的最先进的粘性流体动力学模拟和新开发的碰撞初始阶段的动态模型，以描述在能源部用户设施相对论重离子对撞机(RHIC) 中在广泛的碰撞能量范围内发生的重离子碰撞。

结合初始状态的演变，可以在碰撞原子核相互穿过时连续产生流体核物质。这在较低的光束能量下尤其重要，因为瞬时碰撞的假设不成立。

在这项研究中，来自布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校和韦恩州立大学的理论家团队使用这个多功能模型进行了逐事件计算，考虑了碰撞原子核的初始几何形状的波动以及产生的火球的形状。

研究人员改变并限制了模型的参数，包括产生物质的粘度以及初始状态的特性，并使用 RHIC 的光束能量扫描 (BES) 期间收集的实验数据进行统计分析。

这种由数据驱动的分析是基于 500 万次数值模拟碰撞事件得出的，该分析是关于粘度如何取决于净重子密度的。研究人员现在可以将此分析与纯理论计算进行比较。同一框架可应用于 RHIC 的 BES 第二阶段测量以及欧洲未来的反质子和离子研究设施 (FAIR)。