STAR нашёл возможный признак критической точки ядерной материи

Эксперимент STAR на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории США обнаружил необычный провал в корреляциях поперечных импульсов частиц, рождающихся при столкновениях золотых ядер. Статья опубликована 22 сентября 2026 года в журнале Physical Review Letters. Сигнал имеет статистическую значимость около 5 сигм, но авторы называют его возможным признаком критической точки ядерной материи, а не доказательством её существования.

Исследователи изучили столкновения Au+Au в режиме неподвижной мишени при энергиях от 3,0 до 7,7 ГэВ. В наиболее центральных столкновениях корреляции менялись с энергией немонотонно: вместо плавного хода величина сначала уменьшалась, а затем снова росла. В анализ вошли данные примерно о миллиарде столкновений.

Как по частицам ищут критическую точку

При столкновении ядер на короткое время возникает плотное горячее вещество из кварков и глюонов. Детектор не наблюдает его напрямую, поэтому физики изучают частицы, которые вылетают после распада этого огненного шара. Поперечный импульс показывает, насколько сильно частицу отбросило в сторону относительно направления столкновения.

Команда STAR сравнивала события и проверяла, меняются ли импульсы частиц согласованно. Такие корреляции зависят от коллективного движения и температурных флуктуаций вещества. Учёные также изучили зависимость результата от числа участвующих нуклонов, сравнили данные с транспортными расчётами и проверили столкновения, которые проходили не строго лоб в лоб.

Критическая точка в теории квантовой хромодинамики, или КХД, должна разделять два режима превращения ядерной материи. Для воды похожая точка находится на границе между жидкостью и паром: при определённых температуре и давлении различие между ними исчезает. Физики предполагают, что у кварк-глюонной плазмы при высокой плотности может существовать похожая область, где переход между состояниями материи меняет характер.

Рядом с критической точкой теплоёмкость вещества может резко возрастать. Это означает, что для изменения температуры требуется больше энергии. Поэтому одинаковое добавление энергии слабее меняет температуру огненного шара, а корреляции между частицами могут вести себя необычно.

Представим условный термометр, который проверяют при разных температурах. Обычно его показания меняются плавно, но в особом режиме они могут просесть, а затем вернуться к прежнему ходу. Такая картина ещё не доказывает, что найден именно критический режим: похожий провал способен возникнуть из-за неисправности прибора или другого процесса. В эксперименте STAR роль «прибора» выполняют корреляции между частицами, а возможные альтернативы проверяют по моделям и дополнительным измерениям.

Около 5 сигм означает, что при предположении о полностью плавном исходном тренде случайный разброс дал бы настолько выраженный провал примерно один раз в 3,5 миллиона повторений. Это сильный аргумент против простой статистической случайности, но он не исключает систематические эффекты и другие физические причины.

Транспортные модели, в которых критической точки нет, воспроизвели общий ход зависимости, но не сам провал. Однако отличие расчётов от плавного тренда оценили примерно в 2 сигмы. Для среднецентральных столкновений значимость составила около 1,4 сигмы. Обоих результатов недостаточно, чтобы говорить о надёжной немонотонности.

Наблюдение даёт новые ограничения на уравнение состояния ядерной материи при высокой барионной плотности и может указывать на чувствительность измерения к критической точке КХД. Для уверенного вывода понадобятся другие наблюдаемые величины, дополнительные теоретические расчёты и согласие независимых методов. Исследователи планируют извлечь из данных теплоёмкость созданного вещества и сравнить её с расчётами поведения кварков и глюонов из первых принципов. Для работы с подобными первоисточниками и оформления результатов существует, например, подготовка научной статьи, но публикация STAR сама по себе не заменяет независимую проверку сигнала.