Физики из Массачусетского технологического института и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре рассчитали, как релятивистский тяжёлый кварк получает случайные толчки внутри кварк-глюонной плазмы. Их работа опубликована 5 ноября 2026 года в журнале Physical Review Letters. Распределение изменений продольного импульса, согласно расчёту, имеет не только почти гауссово ядро, но и асимметричные экспоненциальные хвосты. Эти редкие сильные толчки могут дать сведения о микроскопическом устройстве среды, которых не видно по одному среднему сопротивлению.

Кварк-глюонная плазма возникает на очень короткое время при столкновениях тяжёлых ионов. Считается, что похожее состояние материи существовало в первые мгновения после Большого взрыва. Авторы работы, Jean F. Du Plessis из MIT и Bruno Scheihing-Hitschfeld из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, не наблюдали толчки непосредственно в эксперименте. Они построили теоретическую модель слабосвязанной неабелевой плазмы и рассчитали, какой должна быть форма распределения передачи импульса.

Почему хвост распределения важнее одной средней величины

В обычном броуновском описании множество мелких случайных ударов складывается в колоколообразное, почти гауссово распределение. По его центру можно оценить сопротивление среды, а по ширине, насколько обычно меняется импульс. Но для релятивистского тяжёлого кварка такой картины недостаточно. Сильные отклонения происходят чаще, чем предсказывает простая гауссова модель, причём толчок, заметно замедляющий частицу, не так же вероятен, как толчок, настолько же сильно её ускоряющий.

Форма хвостов добавляет к этой картине информацию. Скорость их спада связана с микрофизикой плазмы, а асимметрия нужна для правильного описания установления равновесия. Если учитывать только средний тормозящий эффект и дисперсию, можно упустить редкие события, которые заметно меняют скорость тяжёлого кварка. После этого частица уже движется в другом кинематическом режиме и по-другому взаимодействует со средой.

Представим условный поток, который обычно слабо толкает лёгкий шар, но иногда резко отклоняет его, причём в одну сторону чаще, чем в другую. Средняя сила и обычный разброс покажут лишь основную картину. Соотношение редких сильных толчков может подсказать, идут ли в потоке отдельные быстрые микроскопические процессы. Это только аналогия, а не результат отдельного эксперимента.

В расчёте использовали предел большой массы кварка и пренебрегли поправками порядка 1/M. Вклад передач импульса порядка температуры авторы согласовали с мягкими процессами, описанными методом суммирования тепловых петель, а затем восстановили распределение с помощью преобразования Лежандра. Полученная структура по качественным признакам совпала с ранее найденной в сильно связанной теории N=4 SYM. Это может указывать на устойчивость эффекта, но не подтверждает экспериментально свойства реальной кварк-глюонной плазмы.

MIT News сообщает, что предсказания можно будет сопоставить с данными столкновений тяжёлых ионов, чтобы изучать микроструктуру кварк-глюонной плазмы. Пока работа остаётся теоретической: статья не сообщает о прямом измерении экспоненциальных хвостов, а исследовательские данные и программное обеспечение к рукописи публично не представлены. Для подготовки собственного разбора подобных результатов можно обратиться к услуге подготовки научных статей, но она не заменяет проверку первоисточника.

Схема показывает, как распределение изменений импульса тяжёлого кварка разделяется на гауссово ядро и асимметричные экспоненциальные хвосты

Фото: Szcze hoo / Pexels