A tökéletes kvarkfolyadék apró cseppjei


A tökéletes kvarkfolyadék apró cseppjei

A Relativisztikus Nehézion-ütköztető (RHIC) PHENIX kísérletének kutatóinak legújabb eredményei minden korábbinál erősebb kísérleti bizonyítékot szolgáltatnak arra,

hogy miniatűr részecskék atommagokkal való ütközésekor létrehozhatóak a világegyetemünket az ősrobbanás utáni pillanatokban kitöltő tökéletes kvarkfolyadék cseppjei.

A felfedezéshez kapcsolódóan Csanád Máté, az ELTE TTK Atomfizikai Tanszék egyetemi docense, a PHENIX-Magyarország kutatócsoport tudományos vezetője tartott előadást a 18. Zimányi Nehézionfizikai Téli Iskolán, ahol a tudományterület más aktuális eredményeiről is beszámoltak a résztvevők.

Az atommagok három különféle lövedékkel (protonnal, két nukleonból álló deuteronnal, illetve három nukleonból álló hélium-3 maggal) való ütközését vizsgálták.

A kutatók észlelték az ütközésekben keletkezett „repeszdarabok” áramlási mintázatait, és erős korrelációt láttak az ütközés kezdeti geometriájával. Ezt a legjobban azzal lehet magyarázni, hogy kvark-gluon plazma keletkezett ezekben a kis ütköző rendszerekben.

A tudósok azért tanulmányozzák ezt a kvarkokból és gluonokból (a protonok és a neutronok, azaz a nukleonrészecskék építőköveiből) álló forró levest, hogy többet megtudjanak arról az alapvető kölcsönhatásról, amely a világunkat felépítő látható anyagot alkotó részecskéket összetartja. Az ősleves (szakmai nevén kvark-gluon plazma) apró cseppjeinek létrejötte nem várt jelenség, amely betekintést nyújthat a különleges anyag alapvető tulajdonságaiba.

„Ez a munka annak a kísérletsorozatnak a kiteljesedése, amelyet a kvark-gluon-plazma cseppek különféle alakban való megjelenésének vizsgálatára terveztek.”– mondta Jamie Nagle PHENIX-tag, a Coloradói Egyetem (Boulder, USA) kutatója, aki részt vett a kísérlet megtervezésében, és abban az elméleti szimulációs munkában is, amelyet az eredmények ellenőrzésére használtak.

A PHENIX együttműködés legfrissebb cikke átfogó elemzést tartalmaz olyan atommag ütközések adatairól,

amelyek során egy kis atommag (proton, két nukleonrészecskéből álló deuteron, vagy három nukleonrészecskéből álló hélium-3 mag) ütközött egy nagy, arany atommaggal. A csoport az ütközések során keletkezett részecskéket követve arra keresett bizonyítékot, hogy a mozgásukban található különféle mintázatok összefüggésbe hozhatók az ütköző rendszer eredeti geometriájával (ahogy az várható, ha az ütközések során valóban létrejön a tökéletes folyadék, a kvark-gluon-plazma).

„A Relativisztikus Nehézion Ütköztető az egyetlen gyorsító a világon, ahol ilyen pontosan felépített kísérlet elvégezhető: egy-, két-, és háromkomponensű atommagok ugyanazon nagy atommaggal (arany maggal), ugyanakkora energián történő ütköztetése csak itt lehetséges.” – mondja Nagle.

A PHENIX kutatócsoportja összehasonlította a mérési eredményeiket hidrodinamikán alapuló elméletekkel

(amelyek megfelelően leírják az arany-arany ütközésekben keletkező kvark-gluon-plazmát), illetve a kvantummechanikai gluonkölcsönhatáson alapuló elméletekkel is. A kutatók azt találták, hogy az adatokhoz leginkább a kvark-gluon-plazma leírás illeszkedik –a kvantummechanikai gluonkölcsönhatásokon alapuló elméleti jóslat viszont (hatból két mintázat esetén) nem ad megfelelő leírást az adatokra.

A kutatók az adatok további elemzés során a kisméretű ütközések során elért hőmérsékletet fogják meghatározni. Ha az ütközések során létrejövő anyag elég forrónak bizonyul, ezek a mérések további bizonyítékai lehetnek a kvark-gluon-plazma létrejöttének.

Egy korábbi vizsgálat során a keletkező részecskék előre- és hátraszórási mintázatainál azt figyelték mennyire követik a folyadékdinamikai jóslatokat.

„Mindezek az eredmények arra utalnak, hogy a kis ütköző rendszerekben (ahol az egyik ütköző atommag csak egy vagy két protont tartalmaz) is nagyon érdekes fizikai folyamatok zajlanak, és egyre inkább ezek is a kutatások fókuszába kerülnek. Ezek segítségével még jobban megérthetjük, mi irányítja azt a tökéletes kvarkfolyadékot, amely a világegyetemet első milliomod másodpercében kitöltötte.” – mondja Csanád Máté, az ELTE Atomfizikai Tanszékének docense.

A PHENIX-Magyarország csoportban az ELTE mellett az MTA Wigner FK, az Eszterházy Károly Egyetem , illetve a Debreceni Egyetem vesz részt.

Lévy-repülés a kvarkanyagban

A legújabb eredményekről a 2018. december 3-7. között megrendezett 18. Zimányi Nehézionfizikai Téli Iskolán, amely az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske és Magfizikai Intézet és az ELTE Fizikai Intézetének közös nemzetközi konferenciája lehetett tájékozódni.

A 23 országból érkezett résztvevők 87 előadást hallgattak meg,

és áttekintették a laborban létrehozott ősrobbanással foglalkozó nagyenergiás nehézionfizika legújabb tudományos eredményeit. A konferencia névadója a néhai Zimányi József Széchenyi-díjas fizikus, a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagja, a hazai és a nemzetközi nehézionfizikai kutatások egyik úttörője. 

Fontos eredmény és kiemelkedő jelentőségű felfedezés az, amelyre a CERN LHC TOTEM kísérletének adatai utalnak. A rugalmas proton-proton ütközéseket vizsgálva a TOTEM kutatói megállapították, hogy az eredmények kompatibilisek egy újfajta részecske, az úgynevezett Odderon közvetítésével lezajló kölcsönhatás jelenlétével. Ezeket az eredményeket Nemes Frigyes (CERN, Svájc), a TOTEM kutatója mutatta be, aki a mérésekben is közvetlenül részt vett. A TOTEM-ben résztvevő magyar csoport vezetője, Csörgő Tamás (MTA Wigner FK) az adatokból a proton szerkezetével kapcsolatban levonható további következtetésekről beszélt.

Roy A. Lacey (Stony Brook University, USA) professzor pedig előadásában az erős kölcsönhatás (kvantumszíndinamika, QCD) fázisainak feltérképezéséről beszélt. Arról számolt be, hogy a BNL STAR és PHENIX kísérleteinek adatait felhasználva, a véges méret skálázás módszerével immár kézzelfogható közelségben van a kritikus pont részletes azonosítása. Ez a nagyenergiás nehézion-fizika utóbbi évtizedének egyfajta szent grálja, és a BNL gyorsítókomplexumában kifejezetten ezt a kérdést vizsgálják majd a következő években.

 



Previous Trópusi hangulat a zöld PTE egyetemen
Next MOX-üzemanyag gyorsneutronos reaktorok számára

No Comment

Leave a reply

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.