NA61/SHINE: Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja

Átírás

1 NA61/SHINE: Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja László András Wigner Fizikai Kutatóintézet, Részecske- és Magfizikai Intézet 1

2 Kivonat Az erősen kölcsönható anyag és fázisai Megfigyelések a fázisszerkezettel kapcsolatban Az NA61/SHINE kísérlet és fizikai programja Összefoglalás 2

3 Az erősen kölcsönható anyag fázisai Mai modell az erősen kölcsönható anyagra: a Standard Modell QCD része. Elemi részecskéi: kvarkok és gluonok. Az elmélet szerint erős csatolás van köztük, mely az impulzusátadással csökken. A csatolás csökkenésével megváltozik az erősen kölcsönható anyag effektív természete. Normál anyag: hadronikus fázis, kvarkok és gluonok be vannak zárva. Forró anyag: kvark-gluon plazma, kiszabadult kvarkokból és gluonokból. 3

4 Az elmúlt évtizedben számos kísérlet motivációja a hadronikus és a kvark-gluon fázis közötti átmenet kimutatása és tanulmányozása volt. Az elektromágnesesen kölcsönható anyagnak számos fázisa ismert. Az erősen kölcsönható anyagban is fázisátalakulás várható. 4

5 Megfigyelések a fázisszerkezettel kapcsolatban Relativisztikus nehézion ütközésekben jellemzően Boltzmann-jellegű transzverz impulzus spektrumokat figyelünk meg: Boltzmann-jellegű impulzuseloszlás centrális ólom-ólom ütközésekben (a CERN-beli NA49 kísérlet adatai). A Boltzmann-jellegű spektrum meredekségi paraméterét hőmérsékletszerű mennyiség definiálására használhatjuk. 5

6 Ha komolyan vesszük a termodinamikai képet: T (hőmérséklet) [C] A vízgőz melegítéséhez használt hő A víz elforralásához Használt hő 100 A víz melegítéséhez használt hő 0 Ice Q (hozzáadott hő) Fázisátalakulásokat jellemzően fűtési görbék árulnak el (konstans hőmérséklet a kevert fázisban). A világadatokat összevetve a hőmérsékleti görbében kirajzolódik egy fűtési görbeszerű struktúra. 6

7 Az NA61/SHINE kísérlet és fizikai programja Az erős magyar részvétel mellett zajlott NA49 kísérlet adatai által mutatott fűtési görbe plató arra utalhat, hogy ezen a hőmérsékleten történik meg a fázisátalakulás. Rács-QCD számolások jósolják: a fenti adatoknak megfelelő termodinamikai tartományban valóban van egy elsőrendű fázishatár a hadronikus és a kvark-gluon fázis között, mely egy kritikus pontban végződik. 7

8 Kérdés: valóban igaz ez a termodinamikai kép? Valóban itt fázisátalakulásról van szó? Igaz a rács-qcd predikció? Megválaszolható lenne pl a kritikus pont kísérleti felfedezésével. Az NA61/SHINE kísérlet elsősorban ezt célozza. A fő módszer: kritikus részecskeszám-fluktuációk kimutatása. Ehhez különböző méretű magok ütközéseit kell vizsgálni különböző energiákon, mintegy szkennelve a fázisdiagramot az energia rendszerméret változókban. Pb+Pb 2016 Xe+La 2015 Ar+Ca 2014 Be+Be p+pb 2012/14 p+p 2009/10/ A GeV/c NA61/SHINE energy (A GeV) 8

9 Az új fázis jelenléte vizsgálható direktebb módszerekkel is: összehasonlítás protonmag ütközésekkel. Modellfüggetlenül megjósolható így, hogy mi lenne mag-mag esetben ha az nukleon-mag ütközések szuperpozíciója lenne. További fizikai programok: referencia hadron-mag hatáskeresztmetszetek mérése kozmikus fizikai és neutrínófizikai alkalmazásokhoz. Phys.Rev. C84 (2011) , Phys.Rev. C85 (2012)

10 80A GeV/c NA61/SHINE

11 Az NA61/SHINE kísérlet egy nagy akceptanciájú fix céltárgyas handronspektrométerberendezés a CERN SPS gyorsítójánál. Fő komponensei: 2 db kb 1.5Teslás szupravezető hajlítómágnes, és 4 db összesen 40m3 térfogatú TPC kamra a röppálya detektáláshoz. A kísérlet nem működhetne magyar hozzájárulás nélkül: az adatgyűjtő rendszer magyar építésű (WignerFK), az offline rekonstrukciós szoftverben alapvető a hozzájárulásunk, detektor koordinálást is mi végezzük. Legújabb detektorunk is magyar építésű (REGARD). 11

12 Az NA61/SHINE együttműködés: 140 fő, 31 intézet A magyar hozzájárulás meghatározó Jelentős érdeklődés: idén 7 csoport csatlakozott (USA) 12

13 Összefoglalás Az NA61/SHINE egy egyedülálló nagy térszögű hadron spektrométer kísérlet, mely az erős kölcsönhatás vizsgálatára alkalmas egy különösen érdekes energiatartományon. Vizsgáljuk az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramját, A nagy impulzusátadással járó folyamatokat, Referencia hadron spektrumok más kísérletek fizikai programjaihoz (neutrínófizikai kísérletek és kozmikus sugárzás obszervatóriumok számára). 13

14 Köszönöm a figyelmet! 14

15 Nagyenergiás gyorsítóberendezések adatfelvételi tervei a világon: 2012 LHC: Alice,Atlas,CMS LS1 LS2? SPS: NA61/SHINE (LS: nagy leállás LHC karbantartás) Adatgyűjtés folyamatban RHIC: STAR,PHENIX NICA:? MPD? tervben SIS-100:? HADES, CBM A közeljövőben az NA61/SHINE maradhat az egyetlen nagytérszögű hadron spektrométer kísérlet SPS energiákon 15 15