쿼크-글루온 플라즈마 경계에서 500 MeV 가속 확인

과학자들이 입자 충돌로 생성되는 초고온 상태의 물질인 쿼크-글루온 플라즈마 내부의 가속도를 매핑하여, 화구(fireball) 가장자리에서 극한 수준에 도달한다는 사실을 밝혀냈다. 2026년 8월 3일에 보고된 이 연구 결과는 가속도가 강한 상호작용을 지배하는 물질의 새로운 제어 변수로 작용할 수 있음을 시사한다.

푸단대학교 물리학자 위강 마와 쉬광 황이 이끄는 연구팀은 AMPT 및 UrQMD 입자 수송 모델을 가우시안 스무딩 기법과 결합하여 입자 분포를 연속 유체 장으로 변환했다. 이를 통해 연구팀은 3.5 GeV에서 2.76 TeV에 이르는 충돌 에너지 전반에 걸쳐 가속도를 추적할 수 있었다.

연구에 따르면, 최대 고유 가속도는 저에너지와 고에너지 모두에서 수백 MeV에 도달하며, 가장 강한 횡방향 가속도는 화구 경계 근처에서 바깥쪽을 향한다. 경계는 압력이 급격히 떨어지고 엔탈피 밀도가 낮아 가속도가 집중되는 지점이 되며, 이는 상대론적 오일러 방정식을 통해 더욱 강화된다.

낮은 충돌 에너지에서는 핵 정지 효과로 인해 최대 약 500 MeV의 감속이 발생하는 반면, 초상대론적 에너지에서는 핵이 너무 빨리 서로를 통과하여 짧고 강렬한 가속 펄스를 생성한다. 가장 강력한 가속도가 경계를 따라 집중되기 때문에, 정면 충돌과 경사 충돌 사이의 전체 효과는 크게 변하지 않는다.

황 교수는 가속도가 단순한 운동학적 세부 사항이 아니라 QCD 물질의 열역학적 제어 변수로 작용할 수 있다고 밝혔다. 운루 효과(Unruh effect)를 통해 수백 MeV의 가속도는 QCD 전이 온도에 가까운 온도와 유사할 수 있으며, QCD 물질의 상 구조에 '가속도 축'을 추가하고 키랄 전이와 구속 전이에 영향을 미칠 가능성이 있다.

연구팀은 계산에 더 현실적인 유체역학적 진화를 통합하고, 하이퍼론 스핀 분극 패턴과 같은 가속도의 영향을 드러낼 수 있는 실험적 신호를 찾을 계획이다. 이 연구는 Nuclear Science and Techniques에 게재되었으며, RHIC 및 LHC와 같은 충돌기에서 비관성 양자 효과를 측정 가능한 신호로 전환하는 것을 목표로 한다.