Большой адронный коллайдер: зачем сталкивать тяжелые ионы?

17.11.2010

Научные сотрудники ФИАН, работающие в разных коллаборациях БАК, рассказывают, как будут сталкивать ионы (ядра) свинца

Ночью 7-го ноября Большой адронный коллайдер (БАК) был временно переведен на работу с "тяжелой артиллерией" - вместо столкновения протонов до 6 декабря там будут сталкивать ионы (ядра) свинца. Научные сотрудники ФИАН, работающие в разных коллаборациях БАК, рассказывают, для чего это нужно.

Одним из наиболее интересных моментов программы перехода LHC на работу с ионами является возможность регистрации кварк-глюонной плазмы. Предположительно, именно в таком состоянии находилось вещество в первые 10-5 секунд после Большого взрыва. Будучи плотно "сгруппированы" и сильно разогреты кварки и глюоны были свободны, а связывающие и удерживающие их "адронные оболочки" появились уже тогда, когда среда немного разрядилась и "подостыла". Наблюдать такое в статических условиях невозможно, в физике элементарных частиц для этого даже придумали специальное обозначение - конфайнмент. Однако, как считают физики, "повернуть время вспять", то есть наблюдать деконфайнмент кварков и глюонов, можно на LHC - для этого нужно обеспечить эксперимент необходимыми плотностями (давлением) и энергиями (температурой). Именно по этой причине в качестве сталкивающихся мишеней были выбраны ядра свинца, в каждом из которых находится по 82 протона. Таким образом, энергия, приходящаяся на ион свинца, в 82 раза превышает энергию, приходившуюся раньше на один протон - 3,5 ТэВ (энергия протона в пучке, достигнутая на БАК) при умножении на 82 даст 287 ТэВ! К тому же в ионах свинца содержатся еще и нейтроны, поэтому энергия на один нуклон в пучке ускоренных ионов свинца (получается делением 287 ТэВ на атомную массу свинца - 207,2) оказывается равной 1.38 ТэВ. Значит, соответствующая полная энергия соударения двух ядер свинца в системе центра масс составит 2.76 ТэВ. В дальнейшем эту энергию планируется довести до 5.5 ТэВ.

"Конечно, изучение соударений ионов свинца в новой области энергий очень интересно для сопоставления с соударениями протонов. Отличия в характеристиках этих процессов могут указать на дальнейшие проявления свойств кварк-глюонной плазмы. Не менее, а даже, может быть, более важной задачей является исследование общих свойств процессов сильных взаимодействий при столь высоких энергиях. Это особенно актуально в связи с новыми неожиданными результатами, полученными коллаборацией CMS при анализе результатов экспериментов с соударениями протонов с энергией 7 ТэВ. Первая попытка ускорить и столкнуть на LHC тяжелые ионы оказалась весьма успешной. Только за первый день на детекторе CMS было зарегистрировано более 10000 событий", - делится главный научный сотрудник ФИАН, доктор физ.-мат.наук Игорь Дремин, входящий в коллаборацию CMS.

На регистрацию столкновений ионов были переведены три основных детектора, расположенные вдоль кольца коллайдера, - это детекторы общего назначения - ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) и CMS (Compact Muon Solenoid), а также детектор ALICE, рассчитанный непосредственно на регистрацию столкновений тяжелых ионов (A Large Ion Collider Experiment).

"У каждой установки есть свои особенности: грубо говоря, одна лучше измеряет энергию частиц и струй, другая лучше идентифицирует сорт вторичных частиц, образовавшихся в столкновениях и т.п. Можно подобрать какие-то физические задачи, которые лучше всего решать на определенной установке. Кроме того, для всех установок будет интересным сравнение свойств протон-протонных и ядро-ядерных взаимодействий. Но, конечно, конкурировать в области изучения ядро-ядерных столкновений с ALICE этим установкам будет трудно, поскольку последняя строилась с прицелом именно на их регистрацию. Прежде всего, это касается лучшей способности регистрировать большую множественность образовавшихся вторичных частиц. Такую способность дает "сердце" установки ALICE - детектор TPC (Time Projection Chamber)", - рассказывает ведущий научный сотрудник ФИАН, кандидат физ.-мат.наук Владимир Тихомиров, входящий в коллаборацию ATLAS.

Однако необходимо не только зарегистрировать множественность образовавшихся вторичных частиц, но и разобраться в зарегистрированном, то есть обработать полученную картину. А это сулит некоторые сложности.

"Разобраться в такой "каше" будет гораздо сложнее. Нужно иметь в виду, что реально детекторы не видят, скажем, треков проходящих частиц - они регистрируют только некоторые "метки" взаимодействий частиц с ними. А треки уже получаются в результате обработки этих данных специальными программами. И чем больше частиц, тем больше таких "меток" они оставляют, а значит, тем труднее правильно связать эти метки с треками, т.е. с прошедшими частицами. Но благодаря накопленному опыту, обработка не должна занять много времени", - комментирует Владимир Тихомиров.

В режиме столкновения ионов LHC проработает до 6 декабря, после чего его остановят до февраля 2011 для технической отладки. После запуска коллайдер вернется к работе в режиме ускорения протонов, и к концу 2011 года, вероятнее всего, столкновения ионов повторятся.

Узнать подробнее об особенностях кварк-глюонной среды можно будет 17 ноября 2010 г. в 15:00 . В это время состоится видео-семинар одной из коллабораций LHC - RDMS-CMS - "Физика на Большой адронный коллайдер", в ходе которого профессор И.М. Дрёмин (ФИАН) прочтет лекцию на тему "Кварк-глюонная среда". Он расскажет об экспериментальных данных и теоретических представлениях о свойствах кварк-глюонной среды, образующейся в результате взаимодействий адронов и ядер при высоких энергиях на ускорителях RHIC и LHC. Принять участие в заседании, задать вопросы и выступить в дискуссии можно будет в точках двустороннего видеодоступа в ИЯИ, ФИАН, ОИЯИ, ПИЯФ, ЦЕРН, ТГУ (Томск), АГУ (Барнаул), КГУ (Кемерово), ОГУ (Томск), НГТУ (Новосибирск), ЯрГУ (Ярославль). Предусмотрена и видео-трансляция семинара в Интернет - http://rdms.jinr.ru/webcast.

Также интересным может быть обзор "Кварк-глюонная среда", подготовленный сотрудниками ФИАН Игорем Дреминым и Андреем Леонидовым для ноябрьского номера журнала "Успехи физических наук": http://ufn.ru/ru/articles/2010/11/d/similar.html.

По материалам АНИ " ФИАН-информ "

Подразделы

Объявления

©РАН 2020