Bild https://home.cern Ett år efter de första syrekollisionerna vid Large Hadron Collider (LHC) har de viktigaste LHC-samarbetena, ALICE, ATLAS, CMS och LHCb rapporterat tecken på materiens tillstånd känt som kvark–gluonplasma (QGP) som härstammar från dessa kollisioner mellan syre- och neonkollisioner.
QGP är ett tillstånd av materie som bildas under intensivt tryck och vid temperaturer som är 100 000 gånger varmare än i solens centrum (temperatur i solens centrum är 15 miljoner grader Celsius). Under dessa extrema förhållanden bryts sammansatta partiklar ner till kvarkar och gluoner som vanligtvis är det håller kvarkar samman. Forskare tror att detta var universums tillstånd under de första miljondelarna av en sekund efter Big Bang. I dagens universum nästan 14 miljarder år senare, kan man återskapa och studera QGP med högenergikärnkollisioner vid LHC.
Tidigare ansågs det att kolliderande tungjoner som bly vilka är över 200 gånger tyngre än de protoner som vanligtvis kolliderade vid LHC var det enda sättet att skapa de förhållanden som krävdes för att bilda QGP (kvark–gluonplasma). Men nyligen har denna premiss ifrågasatts bland annat tidigare i år vid ALICE Collaboration platsen där man specialiserar sig på studier av detta extrema materietillstånd, rapporterade tecken på QGP från kollisioner mellan proton, proton och proton. Och under 2025 öppnade LHC-samarbetena en ny sannolikhet av QGP när de fann de första tecknen på QGP från syre–syre-kollisioner. Nu, efter att ha letat ännu mer har LHC-experimenten sett flera tecken på QGP-bildning i syre–syre- och neon – neonkollisioner.
En av ledtrådarna till QGP-bildning är att snabbrörliga kvarkar och gluoner förlorar energi när de passerar genom detta heta, täta medium ett fenomen som kallas parton energiförlust. ATLAS - samarbetet observerade entydigt effekten av parton energiförlust genom en obalans mellan par partikeljetstrålar som producerades vid syre–syre- och neon–neon-kollisioner. Denna effekt blev mer uttalad vid fler frontala (centrala) kollisioner där en större volym QGP leder till större energiförlust. Preliminära ATLAS-studier av laddade partiklar som studsar mot fotoner visar samma beroende av kollisionscentralitet, vilket stämmer överens med energiförlusten hos de rekylerande partiklarna när de passerar QGP.
ALICE-, CMS- och LHCb-samarbetena använde en annan metod för att hitta tecken på partonenergiförlust genom att studera hur det undertrycker produktionen av olika typer av energirika partiklar.
CMS observerade en minskning av produktionen av laddade partiklar i syre–syre- och neon–neonkollisioner jämfört med proton–proton-kollisioner, vilket tyder på partonenergiförlust och förekomst av QGP i ljusjonkollisionerna. I en annan studie jämförde LHCb hur partiklar bestående av en charmkvark och en light kvark https://sv.wikipedia.org/wiki/Kvark undertrycktes i syre–syre- och neon–neon-kollisioner, och fann bevis för att undertryckningen blir mer framträdande vid de tyngre neonkollisionerna. Detta är en förväntad egenskap vid partonenergiförlust och är förenlig med bildandet av en större volym QGP när kollisionsstorleken ökar.
För att ta hänsyn till möjligheten att mekanismer utöver partonenergiförlust kan bidra till undertryckning av partikelproduktion jämförde ALICE produktionen med en annan typ av partikel – neutrala pioner (en subatomär partikel mindre än atomer) i syre–syre- och proton–syrekollisioner. Denna jämförelse gav entydiga bevis för partonenergiförlust vid syre–syre-kollisioner.
En annan ledtråd till QGP-bildning är undertryckandet av kortbundna tillstånd bestående av en tung kvark och dess antikvark, vilka ofta produceras vid högenergikollisioner. Kvarkarna i dessa par kan bindas till varandra i varierande grad och forskare kan härleda förekomsten av QGP genom att mäta hur det undertrycker varje slag av de olika bundna tillstånden. CMS fann bevis för denna varierande suppression för upsilonmesoner vilket är bundna tillstånd för en bottenkvark och dess antikvark, genom att jämföra syre–syre- och neon–neon-kollisioner. LHCb fann preliminära bevis för samma undertryck ur data från kollisioner mellan proton–syre och syre–syre.
Slutligen har ALICE-samarbetet släppt preliminära resultat som antyder ytterligare om QGP. Samarbetet fann att partiklar bestående av tre kvarkar (baryoner) som produceras i syre–syre-kollisioner emitterades med en primär riktning, ett fenomen känt som olikartat flöde starkare än partiklar bestående av två kvarkar (mesoner). Den främsta förklaringen till detta är förekomsten av QGP, som får partiklar som produceras vid en kollision och rör sig vid mellanliggande moment att uppvisa anisotropt (innebär att ett material har olika fysikaliska egenskaper i olika riktningar och därmed varierar beroende på från vilken riktning man mäter detta ) flöde. Det faktum att baryoner innehåller en kvark mer än mesoner innebär att de övertar mer av detta flöde.
Studier av möjlig QGP-bildning vid ljusjonkollisioner fortsätter medan forskarna går igenom LHC-data. Under tiden omvandlas LHC till den ännu kraftfullare High-Luminosity LHC, som utan tvekan kommer att kunna undersöka QGP:s natur ännu djupare.
Det finns säkert
mycket vi inte förstår av vad som hände vid BigBang och varför det skedde eller
vad det skedde i. Min reflektion.
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar