Ett steg närmare bevis för kvarkgluon-plasma

Nya resultat från det internationella experimentet ATLAS vid CERN i Schweiz visar att de mest kraftfulla kollisionerna mellan blykärnor i universum beter sig annorlunda än förväntat. Detta talar i sin tur för att kvarkgluon-plasma faktiskt bildats, något som forskarna velat visa under mer än två decennier. Svenska fysiker från Stockholms universitet har deltagit i experimentet.

– I förlängningen kan detta lära oss något om egenskaperna hos universum en miljondels sekund efter Big Bang, säger docent Torbjörn Moa, elementarpartikelfysiker vid Stockholms universitet. Nu ska vi analysera resultaten vidare, men att vi redan tre veckor efter de första tungjonskollisionerna har en så tydlig signal visar hur effektiv kombinationen av LHC-acceleratorns höga kollisionsenergi och den fantastiska precisionen i ATLAS-detektorn är.

Fenomenet med utsläckning eller försvagning av så kallade partikelkvastar har förutspåtts av teoretiker och betraktas som en av de tydligaste signaturerna för att kvarkgluon-plasma har bildats. Hittills har bara indirekta bevis för denna utsläckning observerats. Nu visar forskarna att i vissa fall bildas bara en kvast och i andra är den ena kvasten mycket energifattigare än den andra, och de två kvastarna balanserar inte varandra.

– Den mest närliggande förklaringen är att det i kollisionen har bildats en liten droppe kvarkgluon-plasma. Om då ett kvark-antikvarkpar bildas nära droppens yta kan den ena kvarken fritt lämna droppen och ge upphov till en kvast på vanligt sätt, säger Torbjörn Moa.

Den andra kvarken däremot måste först färdas genom droppen av kvark-gluonplasmat som är ett väldigt tätt medium. Under den färden förlorar den mycket av sin energi och skapar därför en mycket svagare kvast när den kommer ut på andra sidan, eller kanske inte någon kvast alls.

Om kvarkgluon-plasma och partikelkvastar
Protoner och neutroner består av byggstenar, kvarkar, som i sin tur hålls ihop av gluoner. En miljondels sekund efter Big Bang rörde sig kvarkar och gluoner fritt i ett tillstånd kallat kvarkgluon-plasma och var inte, som idag, evigt bundna inuti protoner och neutroner.

I kollisioner mellan protoner bildas ofta par av kvarkar och antikvarkar. Eftersom kvarkar inte kan förekomma annat än bundna till andra kvarkar eller antikvarkar kommer den skapade kvarken när den rör sig ut ur kollisionsområdet med hög energi para ihop sig med andra kvarkar och antikvarkar och bilda partiklar som kallas hadroner.

Partiklarna delar på energin hos den ursprungliga kvarken och skjuter iväg som en skur av partiklar, ungefär som en hagelskur ur en bössa. En sådan skur av partiklar kallas ”kvast” (”jet” på engelska). På andra sida av kollisionen bildar antikvarken en motsvarande kvast, en kollision mellan två protoner innehåller därför oftast två kvastar som nästan perfekt balanserar varandra.

Om ATLAS
ATLAS är ett av de två största experimenten vid CERNs stora accelerator LHC (Large Hadron Collider) som är den hittills mest kraftfulla anläggningen i sitt slag. Experimentet är det största fysikexperimentet någonsin, själva detektorn som ser ut som en liggande tunna är 22 meter hög och 40 meter lång och väger drygt 7 000 ton. Detektorn tog mer än tio år att konstruera och engagerar mer än 3 000 fysiker från 174 universitetsgrupper i 38 länder, däribland Sverige.

http://atlas.ch
http://www.atlas.ch/imbalance-of-energies.html
http://public.web.cern.ch/public/

Resultaten har accepterats för publicering i den vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters.
Artikelns titel: Observation of a centrality-dependent dijet asymmetry in lead-lead collisions at sqrt{s_NN}=2.76 TeV with the  ATLAS detector at the LHC

Vidare upplysningar
Docent Torbjörn Moa, Fysikum, Stockholms universitet
Tel: 08-5537 8666
Mobil: 070-665 26 21
E-post: moa@fysik.su.se