Πυρηνική φυσική υψηλής ενέργειας
αγγλικά : High-energy nuclear physics
γαλλικά :
γερμανικά :
Η πυρηνική φυσική υψηλής ενέργειας μελετά τη συμπεριφορά της πυρηνικής ύλης σε ενεργειακές περιοχές τυπικές για την φυσικής υψηλής ενέργειας. Το κύριο επίκεντρο αυτού του πεδίου είναι η μελέτη συγκρούσεων βαρέων ιόντων, σε σύγκριση με ελαφρύτερα άτομα σε άλλους επιταχυντές σωματιδίων. Σε επαρκείς ενέργειες σύγκρουσης, αυτοί οι τύποι συγκρούσεων θεωρούνται ότι παράγουν το κουάρκ-γκλούονιο πλάσμα . Σε περιφερειακές πυρηνικές συγκρούσεις σε υψηλές ενέργειες αναμένεται να λάβει πληροφορίες σχετικά με την ηλεκτρομαγνητική παραγωγή λεπτονίων και μεσονίων που δεν είναι προσβάσιμες σε συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων λόγω της πολύ μικρότερης φωτεινότητας τους. [1] [2] [3]
Προηγούμενα πειράματα πυρηνικού επιταχυντή υψηλής ενέργειας έχουν μελετήσει συγκρούσεις βαρέων ιόντων χρησιμοποιώντας ενέργειες 1 GeV / πυρήνα στο JINR και LBNL-Bevalac έως και 158 GeV / πυρήνα στο CERN-SPS. Πειράματα αυτού του τύπου, που ονομάζονται πειράματα "σταθερού στόχου", επιταχύνουν κυρίως έναν αριθμό ιόντων (συνήθως περίπου 106 έως 108 ιόντα ανά δέσμη) σε ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός (0,999c) και τα συντρίβουν σε στόχο παρόμοιων βαριά ιόντα. Ενώ όλα τα συστήματα σύγκρουσης είναι ενδιαφέροντα, μεγάλη εστίαση δόθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1990 στα συμμετρικά συστήματα σύγκρουσης δέσμης χρυσού σε στόχους χρυσού στο Brookhaven National Laboratory's Alternating Gradient Synchrotron (AGS) και σε δέσμες ουρανίου σε στόχους ουρανίου στο CERN's Super Proton Synchrotron.
Τα πειράματα πυρηνικής φυσικής υψηλής ενέργειας συνεχίζονται στο Relativistic Heavy Ion Collider του Εθνικού Εργαστηρίου Brookhaven (RHIC) και στο CERN Large Hadron Collider. Στο RHIC το πρόγραμμα ξεκίνησε με τέσσερα πειράματα - PHENIX, STAR, PHOBOS και BRAHMS - όλα αφιερωμένα στη μελέτη συγκρούσεων πολύ σχετικιστικών πυρήνων. Σε αντίθεση με τα πειράματα σταθερού στόχου, τα πειράματα συγκρούσεων οδηγούν δύο επιταχυνόμενες δέσμες ιόντων μεταξύ τους σε (στην περίπτωση RHIC) έξι περιοχές αλληλεπίδρασης. Στο RHIC, τα ιόντα μπορούν να επιταχυνθούν (ανάλογα με το μέγεθος των ιόντων) από 100 GeV / νουκλεόνιο σε 250 GeV / νουκλεόνιο. Δεδομένου ότι κάθε συγκρουόμενο ιόν έχει αυτήν την ενέργεια που κινείται σε αντίθετες κατευθύνσεις, η μέγιστη ενέργεια των συγκρούσεων μπορεί να επιτύχει μια ενέργεια σύγκρουσης κεντρικής μάζας 200 GeV / πυρήνα για χρυσό και 500 GeV / πυρήνα για πρωτόνια.
Ο ανιχνευτής ALICE (A Large Ion Collider Experiment) στον LHC στο CERN ειδικεύεται στη μελέτη συγκρούσεων πυρήνων Pb-Pb με ενέργεια κεντρικού μάζας 2,76 TeV ανά ζεύγος νουκλεονίων. Όλοι οι μεγάλοι ανιχνευτές LHC - ALICE, ATLAS, CMS και LHCb - συμμετέχουν στο πρόγραμμα βαρέων ιόντων. [4]
Η εξερεύνηση της καυτής ύλης αδρονίων και της παραγωγής πολλών σωματιδίων έχει μακρά ιστορία που ξεκίνησε από τη θεωρητική εργασία για την παραγωγή πολλών σωματιδίων από τον Enrico Fermi στις ΗΠΑ και τον Lev Landau στην ΕΣΣΔ. Αυτές οι προσπάθειες άνοιξαν το δρόμο για την ανάπτυξη στις αρχές της δεκαετίας του 1960 της θερμικής περιγραφής της παραγωγής πολλών σωματιδίων και του στατιστικού bootstrap μοντέλου από τον Rolf Hagedorn. Αυτές οι εξελίξεις οδήγησαν στην αναζήτηση και την ανακάλυψη του πλάσματος κουάρκ-γκλουονίων
Πρώτες συγκρούσεις
Οι πρώτες συγκρούσεις βαρέων ιόντων σε μετριοπαθείς σχετικιστικές συνθήκες πραγματοποιήθηκαν στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley (LBNL, πρώην LBL) στο Μπέρκλεϋ, Καλιφόρνια, ΗΠΑ, και στο Κοινό Ινστιτούτο Πυρηνικής Έρευνας (JINR) στο Ντούμπνα, Περιφέρεια Μόσχας, ΕΣΣΔ. Στο LBL, κατασκευάστηκε μια γραμμή μεταφοράς για να μεταφέρει βαριά ιόντα από τον επιταχυντή βαρέων ιόντων HILAC στο Bevatron. Η ενεργειακή κλίμακα στο επίπεδο του 1-2 GeV ανά νουκλεόνιο που επιτυγχάνεται αρχικά αποδίδει συμπιεσμένη πυρηνική ύλη μερικές φορές κανονική πυρηνική πυκνότητα. Η επίδειξη της δυνατότητας μελέτης των ιδιοτήτων συμπιεσμένου και διεγερμένου πυρηνικού υλικού έδωσε κίνητρα σε ερευνητικά προγράμματα σε πολύ υψηλότερες ενέργειες σε επιταχυντές που διατίθενται στο BNL και στο CERN με σχετικιστικές δέσμες που στοχεύουν σε εργαστηριακούς σταθερούς στόχους. Τα πρώτα πειράματα σύγκρουσης ξεκίνησαν το 1999 στο RHIC και το LHC άρχισε να συγκρούει βαριά ιόντα με τάξη μεγέθους υψηλότερης ενέργειας το 2010.
Λειτουργία CERN
Ο LHC επιταχυντής συγκρουόμενων δεσμών στο CERN λειτουργεί ένα μήνα το χρόνο στη λειτουργία πυρηνικής σύγκρουσης, με τους πυρήνες Pb να συγκρούονται στα 2,76 TeV ανά ζεύγος νουκλεονίων, περίπου 1500 φορές το ισοδύναμο ενέργειας της μάζας ηρεμίας. Συνολικά συγκρούονται 1250 κουάρκ σθένους, δημιουργώντας μια καυτή σούπα κουάρκ-γκλουονίων. Οι βαριοί ατομικοί πυρήνες που απογυμνώνονται από το νέφος ηλεκτρονίων τους ονομάζονται βαριά ιόντα και κάποιος μιλά για (εξαιρετικά) σχετικιστικά βαριά ιόντα όταν η κινητική ενέργεια υπερβαίνει σημαντικά την υπόλοιπη ενέργεια, όπως συμβαίνει στον LHC. Το αποτέλεσμα τέτοιων συγκρούσεων είναι η παραγωγή πολλών σωματιδίων που αλληλεπιδρούν ισχυρά.
Τον Αύγουστο του 2012, οι επιστήμονες της ALICE ανακοίνωσαν ότι τα πειράματά τους παρήγαγαν πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων με θερμοκρασία περίπου 5,5 τρισεκατομμύρια κέλβιν, η υψηλότερη θερμοκρασία που επιτεύχθηκε σε οποιαδήποτε φυσικά πειράματα μέχρι στιγμής. [5] Αυτή η θερμοκρασία είναι περίπου 38% υψηλότερη από την προηγούμενη εγγραφή περίπου 4 τρισεκατομμυρίων κελίνων, που επιτεύχθηκε στα πειράματα του 2010 στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven. [5] Τα αποτελέσματα της ALICE ανακοινώθηκαν στο συνέδριο Quark Matter 2012 της Ουάσιγκτον στις 13 Αυγούστου. Το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων που παράγεται από αυτά τα πειράματα προσεγγίζει τις συνθήκες στο σύμπαν που υπήρχαν μικροδευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, προτού η ύλη συγκεντρωθεί σε άτομα. [6 ]
Στόχοι
Υπάρχουν διάφοροι επιστημονικοί στόχοι αυτού του διεθνούς ερευνητικού προγράμματος:
Ο σχηματισμός και η διερεύνηση μιας νέας κατάστασης ύλης από κουάρκ και γκλουόνια, το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων, που επικράτησε στο πρώιμο σύμπαν στα πρώτα 30 μικροδευτερόλεπτα.
Η μελέτη του περιορισμού του χρώματος και του μετασχηματισμού του περιορισμού του χρώματος = κατάσταση κενού που περιορίζει το κουάρκ στην κατάσταση της διέγερσης, οι φυσικοί αποκαλούν διαταραχές κενού, στο οποίο τα κουάρκ και τα γκλουόνια μπορούν να περιφέρονται ελεύθερα, το οποίο συμβαίνει σε θερμοκρασία Hagedorn.
Η μελέτη της προέλευσης της αδρονικής μάζας (πρωτόνιο, νετρόνιο κ.λπ.) που πιστεύεται ότι σχετίζεται με το φαινόμενο του εγκλεισμού των κουάρκς και της δομής κενού.
Hellenica World - Scientific Library
Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License
