A kvark-gluon plazma keresésének története II.

Korábbi kísérletek a RHIC-ben magyar részvétellel

A CERN SPS-nehézion programja 2002-ben lezárult, a méréseket már 2000-ben befejezték. A nehézion-fizikai kutatások súlypontja a New York közelében, Brookhavenben működő Relativisztikus Nehézion Ütköztetőhöz (angol rövidítéssel RHIC) tevődött át. A RHIC gyorsítónál 2002-ben aranyatommag-nyalábokat ütköztettek arany-nyalábokkal, az itt elért ütközési energia tízszer nagyobb volt, mint korábban a CERN-ben az SPS-nél. Ezekben az ütközésekben néhány pillanatra a Nap felszíni hőmérsékletét 300 milliószor meghaladó hőmérséklet lép fel. Szemléletesen úgy képzelhető el a jelenség, hogy az aranyatommagok, sőt az atommag alkotórészei, a protonok és neutronok “szétolvadnak”, az így szabaddá váló kvarkok és gluonok sűrű “részecskelevest” alkotnak, ami maga a kvark-gluon plazma. A kísérleti megfigyelések alapján fogalmazták meg a következtetést: az arany-arany ütközésekben megfigyelt részecskeloszlások éppen olyanok voltak, mint amilyenekre az elméleti fizikusok a kvark-gluon plazma keletkezése esetén számítanak.

A RHIC gyorsítónál négy egymástól alaposan eltérő detektorrendszerrel rögzítik a folyamatok jellemzőit. A PHENIX kísérlet szerzői között 10 magyar kutató nevét találjuk, ők a PHENIX-Magyarország együttműködés keretében vesznek részt a kutatásokban. A PHENIX-Magyarország együttműködés a KFKI RMKI szervezésében és koordinálásával, az RMKI, az Eötvös Loránd Tudományegyetem és a Debreceni Egyetem részvételével jött létre.

Tökéletesen folyó ősanyag

A Brookhavenben dolgozó kutatók 2005-ben adtak hírt arról, hogy az anyag legelemibb összetevőire vonatkozó kísérleti adataik meglepő eredményt hoztak: a kvarkokból és gluonokból álló forró és sűrű anyagállapot nem gázként viselkedik, mint ahogy várták, hanem folyadékra emlékeztető tulajdonságai vannak. Korábban egyértelműen úgy vélték, hogy a szabaddá vált kvarkok és gluonok úgy viselkednek, mint az ideális gáz részecskéi. Ezzel szemben tökéletes folyadékként látszanak viselkedni. A tökéletes folyadékban nagyon kicsi a súrlódás, a folyadékrészecskék közt erős a kölcsönhatás, ezért gyorsan termikus egyensúlyba kerülnek. A részecskék mozgása egy halrajéra emlékeztet, amelyben a halak szinte egyetlen élőlényként változtatnak irányt, amikor környezetük változásaihoz alkalmazkodnak.

A kutatók még ekkor sem mondták ki, hogy már sikerült kvark-gluon plazmát létrehozniuk, csak hogy elérték azt az energiasűrűséget, amely a számítások szerint a kvark-gluon plazma létrehozásához szükséges. Lehet, hogy az anyag ezen új állapota valóban a kvark-gluon plazma egy formája, csak éppen nem olyan, mint amilyennek elképzeltük.

A további kísérletek során kiderült, hogy a jelenleg ismert legmagasabb hőmérsékleten (2 terakelvin felett) a kvarkfolyadék legalább négyszer tökéletesebben folyik, mint az addig “legszuperfolyékonyabbnak” ismert anyag, az ultrahideg, 4 kelvin alatti hőmérsékletű hélium.

Forró és buborékos

A RHIC idén februárban két fontos új 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 fizikussal, a RHIC-nél dolgozó magyar kutatók, Csörgő Tamás és Nagy Márton hathatós segítségével, amit ezúton is köszönünk.

Legalább négybillió Celsius-fokos volt az Univerzum ősanyaga

https://cernblog.wordpress.com/2010/02/23/legalabb-negybillio-celsius-fokos-volt-az-univerzum-osanyaga/

A PHENIX cikk

http://arxiv.org/abs/0804.4168

A szimmetriasértés buborékai a RHIC kvarklevesében
https://cernblog.wordpress.com/2010/02/23/a-szimmetriasertes-buborekai-a-rhic-kvarkleveseben/

A STAR cikk

http://arxiv.org/abs/0910.0464

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: