A nehézion-kísérletek célja: a kvark-gluon plazma előállítása



Az Ősrobbanás utáni néhány milliomod másodpercben egy egészen speciális anyag tölthette ki az újszülött Univerzumot: a protonok és neutronok építőelemei, a kvarkok és az őket összeragasztó gluonok egy egészen rövid ideig szabad állapotban létezhettek. Ezt az ősi “kvarklevest” már régóta szeretnék kísérleti úton létrehozni, és bár voltak már komoly eredmények, a bizonyosságot itt is a világ legnagyobb részecskegyorsítójától, a nagy hadronütköztetőtől várják. A kvark-gluon plazmát, ha sikerül előállítani, az ALICE detektor fogja észlelni, amelynek fejlesztésében és működtetésében magyar kutatók is részt vesznek.

A “kvarkleves” létrehozásához a relativisztikus energiájú nehézion-ütközések kínálják a legjobb lehetőséget. A nagy hadronütköztetőben a múlt héten kezdték el az ólomionok gyorsítását, melyekkel a tervek szerint 1150 teraelektronvolt (1,15 petaelektronvolt) ütközési energiát érnek majd el. A kutatók arra számítanak, hogy az ólom-ólom-ütközésekben kiszabadulnak a protonok és neutronok alkotórészei, a kvarkok. Szabad kvarkok legutóbb az Ősrobbanás utáni első pillanatokban létezhettek a természetben, tehát a kísérletek az Univerzum őstörténetének megismeréséhez is közelebb visznek.

Az elmúlt évtizedekben bebizonyosodott, hogy az erős kölcsönhatásban résztvevő részecskék nagy családjának valamennyi tagja kvarkokból áll, ezeket nevezzük hadronoknak. A fizika ma 6 féle alapvető kvarkot és ezek antirészecskéit ismeri, és nem számítunk újabbak felfedezésére. A mezonokként ismert részecskéket egy kvark és egy antikvark, a barionokat (mint pl. a protont és a neutront) 3 kvark, az antibarionokat pedig 3 antikvark alkotja. Intenzív kutatás folyik azon hadronok után, amelyeket más kvark-kombináció jellemez – mint például a tetrakvark állapot 2 kvarkkal és 2 antikvarkkal –, de ezek létezése egyelőre nem bizonyított.

A kísérleti fizikusok természetes törekvése volt, hogy az eleminek tartott részecskéket még kisebb alkotórészekre szedjék szét. Korábban az atomot atommagra és héjra, később az atommagot protonokra és neutronokra bontották. A hadronok további szeletelése, szabad kvarkok előállítása azonban minden eddigi erőfeszítés ellenére sem sikerült.

Úgy tűnik, hogy a kvarkok be vannak börtönözve a protonokban, neutronokban és a többi, kevésbé hétköznapi részecskében. A kvarkok közti erőhatás, az erős kölcsönhatás tulajdonságainak feltárásáért ítélték oda 2004-ben három kutatónak a fizikai Nobel-díjat. A számítások szerint ahogy a kvarkok távolodnak egymástól, úgy erősödik köztük az összetartó erő (ezt egy hétköznapi példával úgy tudjuk elképzelni, hogy a gumiszalag is egyre nagyobb erővel akar összehúzódni, ahogyan nyújtjuk). Így már érthető, miért nem sikerült eddig kiszabadítani a kvarkokat. Csak nagyon nagy energiákon remélhetjük, hogy átmenetileg, nagyon rövid időre szabaddá válnak.

A következő napokban – az LHC magyar kutatóinak friss beszámolói mellett – további posztok várhatóak a nehézion-kísérletek hátteréről.

A bejegyzés az OTKA támogatásával készült.



Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: