Újra megy az LHC – megkezdődött a 2010-es sorozat

February 28, 2010

Ismét vannak nyalábok az LHC-ben: február 28-án mindkét nyaláb körbevezetése megtörtént. A CMS-nél már voltak szép splash event-ek is (amikor a nyaláb nekimegy a kollimátornak, és szép jelet generál, leginkább az endcap regióban).

Ezzel megkezdődött az idei történet. A tavalyi eseményekhez hasonlóan a nyalábok energiájának és intenzitásának fokozatos növelése várható a következő napokban-hetekben.

2009-ben 1,18 TeV-es nyalábokig, 2,36 TeV-es ütközésekig sikerült eljutni. Ugyanilyen fontos, hogy voltak már stabil, illetve 16 csomagos (bunch) nyalábok is.

Ha minden jól megy, most újabb rekordok jönnek. Energiában az idei végcél 3,5 TeV nyalábonként, azaz jöhetnek a 7 TeV-es ütközések, az új fizikai eredmények ígéretével (a tervek szerint 18-24 hónapig).

Advertisements

A rossz hegesztéseket hibáztatja egy fizikus az LHC-ben

February 24, 2010

2010. február 22-én kemény állításokat tartalmazó cikk jelent meg a Superconductor Science and Technology című szaklapban. A szerző Lucio Rossi, aki részt vett az LHC építésében, és azt állítja, hogy a 2008-as nagy meghibásodást körültekintőbb tervezéssel és kivitelezéssel meg lehetett volna előzni.

A cikk:

http://www.iop.org/EJ/article/0953-2048/23/3/034001/sust10_3_034001.pdf?request-id=801f564e-b955-42a0-a1e6-a7cc049e6d2d

Az [origo]-ra írt cikk a Nature online híroldala alapján:

http://www.origo.hu/tudomany/20100224-lhc-nagy-hadronutkozteto-cern-a-rossz-hegeszteseket-hibaztatja-egy-fizikus.html


Amerikai eredmények az Univerzum ősanyagáról

February 23, 2010

Az LHC ALICE kísérleténél a jelenlegi tervek szerint 2010 novemberében lesznek minden korábbinál nagyobb energiájú nehézion (ólom-ólom) ütköztetések. Ezek az Univerzum ősanyagának, a kvark-gluon plazmának a kutatását célozzák.

Évek óta ugyanez a cél brookhaveni Relativisztikus Nehézion Ütköztetőben (RHIC), amely a napokban két fontos eredményt jelentett be. Egyrészt egy kísérleti hőmérsékleti rekordot: 4 billió Celsius-fokot hoztak létre a PHENIX-kísérletben (és ez nem az angol „billion” rossz fordítása, hanem valóban billió) – az Univerzum ősanyaga legalább ilyen forró volt. Másrészt a STAR-kísérletben felfedezték, hogy az extrém magas hőmérsékleten megjelenő anyag belsejében olyan kis tartományok – „buborékok” – jönnek létre, amelyekben megsérülnek bizonyos alapvető természeti szimmetriák. Az ilyen buborékoknak fontos szerepet kellett játszaniuk az Univerzum igen korai korszakában, és az eredmények közelebb vihetnek bennünket olyan, a természetben létező aszimmetriák eredetének megértéséhez, mint például az anyag túlsúlya az antianyaghoz képest.

Mindkét eredményről részletes összeállítást készítettünk Posztobányi Kálmán fizikus kollégámmal, a RHIC-nél dolgozó magyar kutatók, Csörgő Tamás és Nagy Márton hathatós segítségével, amelyet ezúton is köszönünk.

Első cikk: Legalább négybillió Celsius-fokos volt az Univerzum ősanyaga

A kapcsolódó PHENIX cikk: http://arxiv.org/abs/0804.4168

Második cikk: A szimmetriasértés buborékai a RHIC kvarklevesében

A kapcsolódó STAR cikk: http://arxiv.org/abs/0910.0464


Legalább négybillió Celsius-fokos volt az Univerzum ősanyaga

February 23, 2010

Az amerikai Relativisztikus Nehézion Ütköztető (RHIC) részecskefizikusai 4 billió Celsius-fokos hőmérsékletet hoztak létre a PHENIX-kísérletben, közel fénysebességgel haladó arany-atommagokat ütköztetve egymással. Ezzel az abszolút skálán 4 terakelvines hőmérsékleti világrekordot sikerült mérni, amely mintegy 700 milliószor magasabb a Nap felszínének 5800 kelvines hőmérsékleténél. Ezen a hőmérsékleten az anyag halmazállapota olyan tökéletes folyadék, amely minden egyes nehézion-ütközésben létrejön, majd hirtelen kitágulva lehűl, és részecskék ezreit sugározza szét.
 
Egy ilyen roppant magas hőmérséklet már minden számítás szerint elég az atommagokat alkotó protonok és neutronok “megolvasztásához”, azaz a kvarkokból és gluonokból álló újfajta plazma létrejöttéhez. Az új eredményt a RHIC gyorsítónál méréseket végző mind a négy kísérlet (BRAHMS, a STAR, a PHENIX és a PHOBOS) korábbi eredményeivel és a RHIC működésének első 9 évében mért adatok elemzésével kiegészítve egy különleges halmazállapot tulajdonságai tárulnak fel: ez a halmazállapot folyadék, amely lényegében belső súrlódás (viszkozitás) nélkül, tökéletesen áramlik, és egymáshoz erősen csatolódó kvarkokból és gluonokból áll.

Csörgő Tamás, a PHENIX kísérlet magyar csoportjának tudományos vezetője elmondta: „Már a korábbi kísérletek alapján tudtuk, hogy a RHIC arany-arany ütközéseiben új anyagforma jött létre, amely a várakozásoktól eltérően nem szabad kvarkok és gluonok gázaként viselkedik, hanem folyadék halmazállapotú. Bizonyítottuk már azt is, hogy ez a közeg kvarkok folyadéka, hiszen a kirepülő  részecskék folyását a részecskéket alkotó kvarkok számával elosztva a folyási kép által megjósolt adategybeejtő viselkedést tapasztaltunk. Azt találtuk, hogy ebben a tökéletesen folyó ’őslevesben’ a kvarkok erősen csatolódnak egymáshoz”.

Egy közismert hasonlat szerint ez a folyadék kicsit olyan jellegű, mint amikor csúcsforgalomban autóval próbál meg közlekedni valaki: a teljesen beállt forgalmi dugó a szilárd halmazállapotnak  felelne meg. A folyékony halmazállapotot a lassan araszolgató forgalomhoz lehet bizonyos mértékig hasonlítani, mert ekkor a szabadon megtehető távolság csupán 1-1 autó hosszának néhányszorosa; míg a gáz halmazállapotnak az éjfél és kora hajnal között tapasztalható forgalmi helyzet hasonlítható, amikor a közlekedő autók közötti távolság általában sokkal nagyobb, mint az autók saját mérete.

A RHIC gyorsítónál méréseket végző mind a négy kísérlet (a BRAHMS, a STAR, a PHENIX és a PHOBOS) egybecsengően állapította meg, hogy az arany-arany nehézion-ütközésekben létrejövő közeg a folyadékokhoz hasonlít, egyértelműen áramlik, de ha egy-egy kvark át szeretne rajta száguldani, ez csupán 5 kvark közül átlagosan egynek sikerül, a többi ütközik, “karambolozik”.  Ráadásul azt is biztosan tudjuk, hogy a RHIC-nél felfedezett kvarkfolyadék  az eddig kísérletileg előállított legtökéletesebb folyadék: sokkal tökéletesebben folyik, mint a víz, sőt, még annál is legalább ötször kevesebb a fajlagos belső súrlódása, mint az ultrahideg héliumnak a szuperfolyékonyság megjelenésekor.  Korábbi várakozások alapján ezt az igen különleges anyagfajtát, a tökéletes kvark-folyadékot kvark-gluon plazmának is nevezik, ám a hangsúlyt nem az anyag elnevezésére, hanem tulajdonságainak a pontos meghatározására helyezték a RHIC kutatói – mondta Csörgő Tamás, aki az MTA KFKI RMKI-ban tudományos tanácsadóként, az amerikai Harvard Egyetemen pedig vendégkutatóként tevékenykedik.

A fenti ismeretek birtokában a RHIC fizikusai tervet dolgoztak ki a tökéletes folyadék természetének és összetevőinek vizsgálatára, valamint az összeütközés kezdeti fázisában fellépő hőmérsékletnek a megállapítására. A modellek szerint ez a hőmérséklet elég magas lehet ahhoz, hogy megolvassza a protonokat, de a közvetlenebb méréshez zavartalanul távozó fotonok kellettek. Mivel nemcsak termikus fotonok távoznak a kvarkplazmából, a mérést az egyéb eredetű fotonok jelenléte befolyásolta. A zavaró jelenségek kiküszöbölése után 2008-ra sikerült megállapítani, hogy az ütközés korai fázisában a “tökéletes” folyadék hőmérséklete körülbelül négybillió Celsius-fokot ért el.

Steven Vigdor, a Brookhaveni Nemzeti Kutatóintézet részecske- és magfizikai programokért felelős igazgatóhelyettese szerint ezek az adatok a RHIC-nél létrehozott kvark-gluon plazma hőmérsékletének a legelső alkalommal történt kísérleti meghatározását jelentik. Az új PHENIX méréseknek olyan magas hőmérsékleti értékek felelnek meg, amelyek lényegesen meghaladják azt a jóval korábban és pontosan meghatározott maximális hőmérsékletet, amelyen még a kvarkok a hadronok börtönébe záródnak, tehát amekkora maximális hőmérsékletig a szabad kvarkok és gluonok nem jelenhetnek meg – mondta.

„A PHENIX mérésének lényege, hogy sikerült a RHIC-nél 2005-ben talált tökéletes kvarkfolyadék ’színképét’ meghatározni, tehát megmértük a kvarkanyag által közvetlenül kibocsátott fénysugárzást, és ezáltal bepillantást nyertünk a kvarkfolyadék igen korai állapotába. A korábban mért 2 terakelvines hőmérsékleti korlátot a korai szakaszban megduplázva ma már tudjuk, hogy legalább 4 terakelvin hőmérsékletű volt kezdetben ez a tökéletes kvarkfolyadék. Ez az első mérés, amely jelentősen a kritikus fázisátmeneti hőmérséklet – körülbelül 2 terakelvin, 170 MeV – feletti értéket közöl szakfolyóiratban a kísérleti fizika területén” – mondta Csörgő Tamás.

A fizikusok a forró anyagok által kisugárzott fény színéből vagy energiaeloszlásából tudják megállapítani annak hőmérsékletét – hasonlóan ahhoz, ahogy izzása alapján megbecsüljük egy vasrúd forróságát. Mivel a fény nagyon gyengén hat kölcsön a RHIC-ben létrejött forró folyadékkal, a színkép meghatározásával megbízható információ szerezhető az őt kisugárzó anyag hőmérsékletéről. A QGP hőmérsékleti sugárzásának “fénye” elsősorban kemény gammafotonokból áll.

A RHIC-kel történt felfedezések nyomán új kérdések merültek fel a kvarkok kölcsönhatásait leíró fizikai elméletben. Ezeknek a megválaszolása és a kvarkplazma részletesebb vizsgálata céljából megkezdődött a RHIC továbbfejlesztése, a RHIC-II program. A következő években a mostani, maximális energiánál kisebb energiákon is elvégzik nehézion kísérleteket, széles energiatartományt átvizsgálva. Megnövelik a RHIC gyorsítóban az időegységre eső ütközések számát, és a hőmérséklet-sűrűség diagrammon (lásd a mellékelt ábrát) a lehető legszélesebb tartományt térképezik fel. A jelenlegi ismereteink szerint ugyanis jóval az új fázis megjelenéséhez szükséges hőmérsékletek felett járunk, és igen fontos az a kérdés, hogy melyik az a kritikus energia és nehézion-méret, ahol ez a tökéletesen folyékony kvarkanyag először jelenik meg. Ennek meghatározásában a RHIC gyorsító a változtatható energiatartományok és a gyorsítható nehézionok sokféle mérete (p, d, Cu, Au) miatt kiválóan alkalmas. A hőmérséklet és sűrűség meghatározása mellett a folyadék jelenlegi szinte mérhetetlenül kicsi belső súrlódásának minél pontosabb meghatározására is sort kerítenek a fázisdiagram minél több pontjában. Ez lényegében megadja a RHIC-II és az LHC viszonyrendszerét is a közeljövőben: várhatóan az LHC lesz majd a vezető a magas hőmérsékletek területén, ha sikeresen beindul 2010 végén a nehézion programja, míg a RHIC marad a vezető gyorsító a fázisdiagram feltérképezésében, a kritikus pont után indított kutatások területén.

A RHIC jelenlegi 10. adatfelvételi periódusában már meg is kezdte az adatgyűjtést csökkentett energiákon. Ennek az új RHIC-II korszaknak a fő célja az erős kölcsönhatás fázisdiagramjának a pontos feltérképezése, a tökéletes folyadékkép érvényességi körének a meghatározása, valamint a QCD egyik régóta keresett jelzőpontjának, az úgynevezett kritikus pontnak a kísérleti felfedezése és jellemzése.

A PHENIX és a STAR kísérlet szóban forgó tudományos közleményeit a Physical Review Letters, az Amerikai Fizikai Társulat vezető folyóirata szakmailag elbírálta, és mindkét eredményt közlésre elfogadta. A PHENIX közlemény szakmai bírálata két évig tartó folyamat volt, míg a STAR eredményét alig néhány hónap alatt elfogadták.

A tökéletes folyadék kezdeti hőmérsékletét meghatározó PHENIX kutatásokat a Magyar Tudományos Akadémia, az OTKA és a Magyar Tudományos Akadémia OTKA – USA NSF csereprogramja  is támogatta. „Noha ezek az összegek igen kis töredékei a témára fordított nagy nemzetközi – elsősorban amerikai és japán – kutatási támogatásoknak, számunkra mégis igen sokat jelentenek. Minden támogatást hálásan köszönünk! Külön örömet jelent számunkra az is, hogy magyar támogatóink nevét az USA Brookhaveni Nemzeti Kutató Intézet megfelelő honlapjain is feltüntetik. A PHENIX egyik kiemelkedő fotonszakértője Dávid Gábor, aki a debreceni PHENIX csoport tudományos vezetője és a PHENIX foton-munkacsoport vezetője” – mondta Csörgő Tamás.

A támogató szervezetek teljes listája itt olvasható
http://www.bnl.gov/rhic/funding.asp

Az eredeti sajtóanyag
http://www.bnl.gov/today/story.asp?ITEM_NO=1595

A tökéletes kvarkfolyadék színképe (Youtube videó, angol nyelven)
http://www.youtube.com/watch?v=kXy5EvYu3fw&feature=player_embedded

A RHIC tökéletes folyadéka (Youtube videó, angol nyelven)
http://www.youtube.com/watch?v=xrL2ELkQOiE&feature=related

Aranykorát éli a nehézionfizika (MTA hír)
http://www.mta.hu/index.php?id=634&tt_news=7578

A jelenleg ismert legforróbb anyag folyadék halmazállapotú (MTA honlap)
http://www.mta.hu/index.php?id=634&no_cache=1&backPid=645&swords=phenix&tt_news=2072&cHash=b08ff7979f

A PHENIX cikk
http://arxiv.org/abs/0804.4168

A PHENIX cikk részletesebb változata
http://arxiv.org/abs/0912.0244
(A lényeg a 48. ábra, legalább 300 MeV ~ 4 Terakelvin a kezdeti hőmérséklet).

A STAR cikk
http://arxiv.org/abs/0910.0464

A magyar PHENIX csoport honlapjai
http://phenix.elte.hu/ és
http://phenix.kfki.hu/

Az ALICE kísérlet magyar csoportjának honlapja:
http://www.kfki.hu/~alice/hpublic.html

(Az összeállítás Csörgő Tamás, Nagy Márton, Lévai Péter és Posztobányi Kálmán segítségével készült.)


A szimmetriasértés buborékai a RHIC kvarklevesében

February 23, 2010

A brookhaveni Relativisztikus Nehézion Ütköztető (RHIC) tudósai a kvarkplazma eddig ismeretlen állapotát figyelték meg. Az extrém magas hőmérsékleten megjelenő anyag belsejében olyan kis tartományok – „buborékok” – jönnek létre, amelyekben megsérülnek bizonyos alapvető természeti szimmetriák. Az ilyen buborékoknak fontos szerepet kellett játszaniuk az Univerzum igen korai korszakában, és az eredmények közelebb vihetnek bennünket olyan, a természetben létező aszimmetriák eredetének megértéséhez, mint például az anyag túlsúlya az antianyaghoz képest.

„A STAR kísérlet mérései arra utalnak, hogy a RHIC nehézion-ütközései során keletkező tökéletes folyadékban az alapvető természeti szimmetriákat, azaz a töltés- és tértükrözési szimmetriákat sértő buborékok keletkeznek. Vagyis ha felcserélik a bal és a jobb oldalt, valamint a pozitív és a negatív töltéseket, akkor a mért és a felcserélés után kapott állapot között eltérést, aszimmetriát tapasztalunk. Ez bizonyos mértékben hasonlít a világban megfigyelt olyan alapvető aszimmetriákra, mely szerint a természet törvényei az anyag-antianyag felcserélésre szimmetrikusak, a Világegyetemben mégis csak az anyag van meghatározó mennyiségben jelen, tehát ez a szimmetria sérül” – mondta Csörgő Tamás professzor, az MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutató Intézet tudományos tanácsadója, a RHIC PHENIX kísérletében dolgozó magyar csoport vezetője (aki egyben a Harvard University vendégkutatójaként a nagyenergiás fizika elméleti és kísérleti szakértője).

A RHIC-ben a nehéz atommagok közel fénysebességgel ütköznek, így egy atommag méretű térrészben rövid időre a korai Univerzumra jellemző feltételek alakulnak ki: a legenergikusabb ütközések során kialakuló hőmérséklet több mint 2 billió (10^12) Celsius-fokos, a Nap központjában levő érték 250 ezerszerese. Ilyen körülmények mellett a nukleonok közötti határok eltűnnek, kvarkplazma alakul ki, melynek belsejében a kvarkok és az antikvarkok, valamint a kölcsönhatásukat közvetítő gluonok nincsenek helyhez kötve. A kvarkok közötti kölcsönhatás, az erős kölcsönhatás tükörszimmetrikus: egy adott reakció és annak térbeli tükrözöttje azonos valószínűségű.

Szimmetriasértő buborékok megjelenése

A fenti szinte elképzelhetetlenül magas hőmérsékleteken kialakuló kvarkplazma belsejében azonban olyan kis tartományokat – „buborékokat” – figyeltek meg, melyek belsejében egy új, ismeretlen halmazállapotban van az anyag, amelynek feltűnő sajátossága az erős kölcsönhatásra egyébként jellemző tértükrözési szimmetria lokális sérülése. E szimmetriasértés észlelését az ütközéskor kialakuló „erős mágneses térnek” (a hagyományos mágneses tér erős kölcsönhatásbeli megfelelőjének) jelenléte teszi lehetővé.

A fizika sokféle szimmetriát ismer. A mostani kísérletek során létrejött kvarkbuborékokban sérült tértükrözési szimmetria másik neve a paritás. Ha a paritás megmarad, akkor az események, részecske-keltési folyamatok “tükörből nézett” változatai is pontosan olyan gyakorisággal játszódnak le, mint az eredetiek. Nagyszámú folyamat esetén ez azt jelenti például, hogy mágneses tér jelenléte esetén a keletkező részecskék közül átlagosan ugyanannyi távozik a mágneses tér irányába, mint a vele ellentétes irányba. A mágneses tér olyan mennyiség, mint pl. a forgás iránya: ha a forgástengellyel (illetve a mágneses tér irányával) párhuzamos síkra tükrözzük a rendszert, előjelet vált. A kirepülő részecskék által előnyben részesített irány azonban nem fordul meg ilyen tükrözéskor. Ha tehát azt látjuk, hogy a kirepülési irány a mágneses tér irányától függ, akkor ez egy „nem tükörszimmetrikus” helyzet: a jelenség tértükrözöttje nem valósul meg, sérül a paritás. Szimmetriasértő folyamatok eddig is ismertek voltak a (radioaktív bomlások jelentős részéért felelős) gyenge kölcsönhatásban, a gluonok által közvetített erős kölcsönhatást azonban mostanáig teljesen ép szimmetriájúnak tartották.

Hogyan jelentkezett a paritás sérülése a jelenlegi esetben? A RHIC gyorsító STAR (Solenoidal TrAckeR) detektorával megfigyelték, hogy a pozitív töltésű kvarkok inkább a „mágneses” térrel párhuzamosan beállva jelennek meg egy adott ütközési eseménynél, míg a negatív töltésű kvarkok az ellenkező irányt részesítik előnyben. “A kvarkok és gluonok közötti erős kölcsönhatás által kormányzott rendszerek valamennyi korábbi vizsgálatban nagyon nagy pontossággal tükörszimetrikusnak mutatkoztak, azaz az egyes események és tükrözöttjeik pontosan azonos gyakorisággal fordultak elő, irányfüggőség nélkül” – mondta Steven Vigdor, a Brookhaven’s Associate Laboratory mag- és részecskefizikai igazgatója, aki a RHIC-nél végzett kutatásokat felügyeli. “Így a szimmetriasértés megfigyelése a STAR-nál valóban érdekes.”

A RHIC-nél a paritássértő buborékok véletlenszerűen alakulnak ki. A paritássértés lokálisan, az adott buborékra korlátozva jelentkezik, ezért több buborék esetében az eseményeket átlagolva elmosódik a paritássértés hatása, pedig az lokálisan mindegyik eseménynél megjelenik. Ilyen lokális erős paritássértést eddig még soha nem észleltek közvetlenül. Nu Xu, a STAR kísérleti együttműködés tudományos vezetője elmondta, hogy a szimmetriasértés leginkább az atommagok közötti félig frontális ütközések során volt megfigyelhető. Frontális ütközésnél egyáltalán nem lehetett észlelni a szimmetriasértést, aminek valószínűleg a különböző irányú szimmetriasértések kiátlagolódása az oka.

A STAR adatok egy másfajta lokális szimmetriasértést is sejtetnek, a töltés-paritás, vagy CP (charge-parity) invariancia lokális sérülését. A CP-szimmetriából az következik, hogy amikor Einstein nevezetes E=mc^2 egyenletének megfelelően az energia tömeggé (azaz részecskékké) alakul vagy viszont, akkor azonos számú részecske és ellentétes töltésű antirészecske képződik vagy annihilálódik.

A szimmetriasértés jelentősége

A most megfigyelt szimmetriasértő buborékoknak fontos szerepet kellett játszaniuk az Univerzum igen korai korszakában. A kutatók szerint még nagyobb hőmérsékleten az egész kvarkanyagra ez az új halmazállapot jellemző. Ha Univerzumunk evolúciójának legelején a CP szimmetria nem sérült volna, akkor az Ősrobbanáskor az egyenlő számban keletkezett részecskék és antirészecskék páronként szétsugárzódtak volna, és nem maradt volna anyag a csillagok, a bolygók és az emberek számára. Az már eddig is ismert volt, hogy a gyenge kölcsönhatásokban CP-szimmetriasértések fordulnak elő, de ezek a jelenségek túl gyengék az Univerzum mára megmaradt anyagmennyiségének megmagyarázásához. Ehhez hasonlóan a STAR-ban megfigyelt lokális CP-sértések sem tudják megmagyarázni az anyag globális túlsúlyát a mai világban az antianyaggal szemben, de bepillantást nyújthatnak abba, hogy mi a mechanizmusa a szimmetriasértéseknek. A jelenség további kutatása az Univerzum korai korszakának megismerése szempontjából is fontos. Úgy tűnik, hogy a Világegyetem első néhány mikromásodpercében igen nagy szerepet kaptak az ilyen jellegű, szimmetriasértő kvark-gluon kölcsönhatások.

Összegezve: a brookhaveni RHIC gyorsítónál elvégzett nehézion kísérletekben kapott adatok analíziséből a STAR együttműködés kutatói arra a következtetésre jutottak, hogy a pozitívan és a negatívan töltött részecskék aszimmetrikusan hagyják el az ütközési tartományt, mintegy megsértve ezzel az elvárt töltés-szimmetriát. Az effektus annál nagyobb, minél kevésbé frontális az ütközés, és annál kisebb, minél inkább frontálisabban ütközött a két nehézion. Jelenleg sok tényező amellett szól, hogy ezt az effektust az erős kölcsönhatásra eddig érvényesnek vélt tükrözési szimmetria helyi megsérülése okozza, amely a „erős mágneses tér” megjelenésére utal a tökéletes folyadékként viselkedő kvark-gluon plazma buborékaiban. Az arany-arany és réz-réz atommagok ütközésében 200 AGeV tömegközépponti energián megfigyelt jelenség részletes vizsgálata jelenleg is folyik a RHIC gyorsítónál.

Az LHC-ben is megfigyelhetik majd a jelenséget

Lévai Péter, az LHC gyorsítónál működő ALICE kísérlet magyar csoportjának vezetője elmondta: várhatóan az idén 50%-os teljesítményt elérni kívánó LHC gyorsító mellett is fogunk találkozni ezzel az aszimmetriával, méghozzá a  2010 novemberére tervezett, 2750 AGeV tömegközépponti energiájú ólom-ólom ütközésekben. Az ALICE kísérlet készen áll ezen analízisek elvégzésére. Érdekes kérdés, hogy ha az LHC-nál az év nagy részében tervezett proton-proton ütközésekben a keletkezett részecskék száma eléri majd a RHIC energián elvégzett félig-centrális réz-réz ütközésekben mért részecskeszámot, akkor ezen ütközésekben is megjelenik-e majd a tértükrözés sérülése, egyúttal következtethetünk-e ezekben az ütközésekben a kvark-gluon plazma kialakulására.

Szimmetriák és szimmetriasértések

A részecskefizikai kölcsönhatások szimmetriái a megmaradási törvényekben és a részecskék szerkezetében jelentkeznek. A három alapvető tükrözési szimmetria a töltés, a tér és az idő tükrözésével kapcsolatos. A tértükrözés – jele a paritás szóból P – a térkoordináták előjelét fordítja ellenkezőjére, azaz jobbkezes koordinátarendszerről balkezesre vált. Az időtükrözés – ennek jele T – az időkoordinátát fordítja ellenkezőjére. A C, a töltéstükrözés a részecskéket (ellentétes töltésű) antirészecskéjükre cseréli.

Az első szimmetriasértést mágneses térbe helyezett radioaktív 60Co izotóp béta-bomlásának vizsgálatakor fedezték fel. Nagy meglepetésre a keletkező elektronok nem minden irányban egyforma valószínűséggel, hanem túlnyomórészt a mágneses térrel ellenkező irányban léptek ki, ami azt jelentette, hogy sérül a tükörszimmetria. Később kiderült, hogy ebben a folyamatban a C-szimmetria is sérül, azonban a CP -invariancia (amikor egyszerre cseréljük ki a részecskéket antirészecskékkel és tükrözzük a rendszert) fennmarad. Az ún. K-mezonok bomlásakor viszont a CP-szimmetria is sérül. Ugyanakkor a kombinált CPT-invarianciát (tehát amikor az időtükrözést is végrehajtjuk) minden eddigi kísérleti vizsgálat alátámasztja.

A lenti képen: példa szimmetriasértésre. A kék gömb nagy számú azonos spinű radioaktív kobalt-atommagot tartalmaz. Az atommagok tükörképe ellentétes spinű, a béta sugárzás eloszlása viszont változatlan: ez a tükörkép-folyamat a valóságban nem játszódik le (forrás: APS)

A támogató szervezetek teljes listája itt olvasható
http://www.bnl.gov/rhic/funding.asp

Az eredeti sajtóanyag
http://www.bnl.gov/today/story.asp?ITEM_NO=1595

A tökéletes kvarkfolyadék színképe (Youtube videó, angol nyelven)
http://www.youtube.com/watch?v=kXy5EvYu3fw&feature=player_embedded

A RHIC tökéletes folyadéka (Youtube videó, angol nyelven)
http://www.youtube.com/watch?v=xrL2ELkQOiE&feature=related

Aranykorát éli a nehézionfizika (MTA hír)
http://www.mta.hu/index.php?id=634&tt_news=7578

A jelenleg ismert legforróbb anyag folyadék halmazállapotú (MTA honlap)
http://www.mta.hu/index.php?id=634&no_cache=1&backPid=645&swords=phenix&tt_news=2072&cHash=b08ff7979f

A STAR cikk
http://arxiv.org/abs/0910.0464

A PHENIX cikk
http://arxiv.org/abs/0804.4168

A PHENIX cikk részletesebb változata
http://arxiv.org/abs/0912.0244
(A lényeg a 48. ábra, legalább 300 MeV ~ 4 Terakelvin a kezdeti hőmérséklet).

A magyar PHENIX csoport honlapjai
http://phenix.elte.hu/ és
http://phenix.kfki.hu/

Az ALICE kísérlet magyar csoportjának honlapja:
http://www.kfki.hu/~alice/hpublic.html

(Az összeállítás Csörgő Tamás, Nagy Márton, Lévai Péter és Posztobányi Kálmán segítségével készült.)


A világ egyik leghosszabb szerzőlistája – megjelent a magyar eredményeken alapuló cikk a Journal of High Energy Physicsben

February 19, 2010

Mint arról 2010. február 3-án először írtunk, büszkék lehetünk arra, hogy az első, a CMS-hez és a 2,36 TeV-es ütközési energiához kapcsolódó tudományos cikk döntően magyar kutatók eredményei alapján jelenik meg a szaksajtóban. Siklér Ferenc, Veres Gábor és Krajczár Krisztián szakmai információkat is küldtek a blog olvasóinak (lásd itt). 

A cikk február 4-én felkerült az Arxiv.org preprint szerverre, a http://arxiv.org/abs/1002.0621 címen.

Február 17-én pedig, azaz nagyon gyorsan megjelent az online változat a Journal of High Energy Physicsben is: http://dx.doi.org/10.1007/JHEP02(2010)041

A CMS-kollaboráció méretét abból is érzékelhetjük, ha végiggörgetjük a szerzőlistát. A magyar nevek:

A. Aranyi41, G. Bencze41, L. Boldizsar41, G. Debreczeni41, C. Hajdu41, D. Horvath41, A. Kapusi41, K. Krajczar41, A. Laszlo41, F. Sikler41, G. Vesztergombi41, N. Beni42, J. Molnar42, J. Palinkas42, Z. Szillasi42, V. Veszpremi42, P. Raics43, Z. L. Trocsanyi43, B. Ujvari43; G. I. Veres96

(41) KFKI Research Institute for Particle and Nuclear Physics, Budapest, Hungary
(42) Institute of Nuclear Research ATOMKI, Debrecen, Hungary
(43) University of Debrecen, Debrecen, Hungary
(96) CERN, European Organization for Nuclear Research, Geneva, Switzerland, also at Eotvos Lorand University, Budapest

J. Palinkas: Pálinkás József, az MTA elnöke.


Február végén indul újra az LHC, 7 TeV-es ütközések 18-24 hónapig

February 12, 2010

A téli karbantartás alatt az Alpok fővárosaként is ismert Chamonix-ban gyűltek össze a CERN vezető szakemberei, hogy az idilli környezetben, nyugodtan hozhassák meg döntéseiket az LHC üzemeltetésének következő időszakáról (mielőtt valaki nagyon irigykedne, a KFKI RMKI is nagyon szép környezetben van, különösen hóesesében).

A legfontosabb döntés: az LHC a következő 18-24 hónapban 7 TeV-es ütközési energián üzemel (3,5 TeV nyalábonként). Ez lesz a leghosszabb operációs időszak a CERN történetében. Ezután egy hosszabb leállás következik, és ezalatt készülnek fel a maximális ütközési energiára, a 14 TeV-re. Steve Myers (a gyorsítókért felelős igazgató) a CERN Bulletinben három dologgal indokolta ezt az ütemezést. Egyrészt az LHC minden operációs időszaka előtt és után hosszú hűtési-felmelegítési fázis szükséges, amihez már nem illeszkedik jól a szokásos a nyári működés-téli leállás megszokott ritmusa. Másrészt már most tudható, hogy a 14 TeV valóban hosszabb előkészületeket igényel majd. Végül a 18-24 hónap alatt elegendő adat gyűlhet össze új fizikai felfedezésekhez.