Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA, IČO: 26551772, ISSN: 1214-1674, Číslo 34 (vyšlo 25. srpna), ročník 1 (2003) (c) Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. Email: bulletin@aldebaran.cz   34/2003

Jiří Hofman: ALICE

Pro potřeby urychlovače Large Hadron Collider, který se buduje v CERNu, se zároveň vyvíjí několik obřích detektorů. Jeden z nich dostal název ALICE. Jedná se o velmi složité zařízení složené z několika detektorů pracujících na různých fyzikálních principech. Přesněji řečeno, v rámci projektu Alice se staví detektor těžkých iontů pro odhalení unikátních fyzikálních vlastností interakcí jádro-jádro při energiích, které bude moci Large Hadron Collider částicím dodat. Cílem projektu je studovat fyziku silně interagující hmoty při extrémních hustotách energie, kdy se předpokládá vytváření nového skupenství hmoty - kvark gluonového plazmatu.

Kvark gluonové plazma

Fyzikové v posledních desetiletích objevili, že hadrony, ze kterých jsou například složena atomová jádra, nejsou dále nedělitelné. Částice, které tvoří tyto hadrony, nazvali kvarky. Tyto kvarky drží v hadronech pohromadě díky silné interakci, kterou zprostředkovávají gluony. Proton je tedy jakási směs kvarků a gluonů.

Za normálních okolností je tato směs velmi svázaný systém. Situace se ale změní, zahřejeme-li hadron na velmi vysokou teplotu a zajistíme, aby průměrné vzdálenosti mezi kvarky byly menší než 10⁻¹⁵ m. Toho můžeme dosáhnout tak, že se ve vysoké rychlosti necháme srazit dvě velmi těžká jadra, například olova. Kvarky a gluony se v tom případě začnou na krátkou dobu chovat jako volné částice. Tomuto stavu říkáme kvark-gluonové plazma (QGP).

Vznik kvark gluonového plazmatu

Krátce po Velkém třesku byl Vesmír tak malý, že hmota nemohla existovat v takovém stavu jako dnes, uzavřená v protonech a neutronech. Byla ve stavu kvarku gluonového plazmatu. Porozuměním fyzice tohoto nového skupenství odhalíme i počátky našeho Vesmíru, které skrývají mnoho otázek, jejichž odpovědi ovlivnily celý pozdější vývoj.

Sledování kvark gluonového plazmatu

Nikdo si není zcela jist, co se přesně děje při přechodu z normálního stavu hmoty do stavu kvark gluonového plazmatu. Předpokládají se různé fyzikální děje, jejichž projevy se usilovně po léta v CERNu hledaly. Výsledky byly slibné, nicméně teploty dosahované při dopadu iontu olova na olověný terčík stačily právě na uvolnění vazeb uvnitř nukleonů. Pokusy se tedy přesunuly do USA a v CERNu se začalo přestavovat. Výsledkem přestavby bude Large Hadron Collider, ve kterém se budou ionty olova srážet s energiemi 300 krát vyššími, než při současných experimentech.

Uvolnění silných vazeb je prvním krokem pro vytvoření kvark gluonového plazmatu. Směs kvarků a gluonů musí navíc ještě existovat tak dlouho, aby se teplota všech kvarků a gluonů vyrovnala. Proto je potřeba provést srážku s energií vyšší než odpovídá prahové teplotě.

ALICE je soustava detektorů

Samotná ALICE je soustava detektorů, které se bude pokoušet zachytit projevy vzniku a existence kvark gluonového plazmatu po srážce iontů olova. Při srážce vznikne během 10⁻²³ až 10⁻⁸ s až 50 000 částic, z nichž zhruba 2 000 je nabitých. Celkové množství dat získané touto soustavou detektorů při jediné srážce bude 12 MB.

Soustava detektorů ALICE

Je možno detekovat nabité a neutrální částice, které se na nabité rozpadají (π, Λ, Κ, φ). Další velmi důležitá částice je J/ψ, která je tvořena z kvarku c a antikvarku c'. Tyto částice by měly při vzniku kvark gluonového plazmatu vznikat podstatně méně než při běžných srážkách, kdy se kvark gluonové plazma nevytvoří. Samořejmě vznikají také další těžké částice. Předpokládá se, že se podaří udržet kvark gluonové plazma po delší dobu, než je potřeba pro rozpad těchto částic.

Jednotlivé systémy jsou:

• Inner Tracking System - Šest válcovitých vrstev silikonových desek okolo místa srážky. Detekují se částice s c nebo s kvarky. Měří se pozice částic na zlomky milimetrů.

• Time Projection Chamber - Nádoba s plynem a elektrickým polem za ITS. Po nárazu elektricky nabité částice do elektronu v atomu plynu začne uvolněný elektron driftovat v elektrickém poli. Měří se množství oddriftovaných elektronů, z čehož se dá odvodit trajektorie původní nabité částice.

• Photon Spectrometer - Zařízení z olovo-wolframových krystalů pro měření teploty srážky pomocí detekce fotonů z ní uvolněných. Dopadu vysokoenergetických fotonů způsobí žhnutí a jiskření, které se měří.

• Particle Identification Detector - Detektor hmotností vyzářených částic. Částice s nižší energií se mohou detekovat podle ztráty energie, s vyšší podle času, za který částice doletí od místa srážky k detektoru, který je 3,5 m daleko. Senzor příletu částic se jmenuje Parrallel Plate Counters. Je to 160 000 čítačů umístěných na 150 m². S použitím údajů od dalších detektorů je možno nalézt dráhu každé částice, která dopadne na senzor.

• High-Momentum Particle Identification Detector - Detekce hmotností částic s velmi vysokou energií pracující na principu zachytávání takzvaných Čerenkovových fotonů vyzářených částicemi v dielektriku.

• Muon Arm - Tato část ALICE dokáže měřit J/ψ částice. Tyto částice se rozpadají na pár mionů, takže dva miony přicházející ze stejného místa ukazují na možný rozpad částice J/ψ.

Odkazy