Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...=Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...
DOMŮ   ARCHIV   IBT   IAN 1-50   IAN 50-226   IAN 227-500   RÁDIO   PŘEKVAPENÍ  
STALO SE

Existence kvark-gluonového plazmatu potvrzena?

Před dvěma týdny se v Evropském středisku jaderného výzkumu v Ženevě konal slavnostní seminář a tisková konference, kde byly prezentovány velmi silné důkazy existence nové formy hmoty - kvark-gluonového plazmatu. Úspěchu v cestě za Svatým Gralem jaderné fyziky vysokých energií bylo dosaženo v experimentech, při kterých se srážela jádra olova urychlená na velmi vysokou energii s jádry olova v pevném terči. Jak už jsem popisoval v příspěvku v IAN č. 180, vzniká při takové srážce na nesmírně krátký okamžik velmi malá oblast extrémně husté a horké hmoty. Taková hmota existovala krátce po Velkém třesku, vyskytuje se při výbuchu supernovy, uvnitř neutronové hvězdy či v jádrech galaxií. O jakou formu hmoty jde, jakým způsobem byla její existence prokázána a jaký význam to má pro poznání struktury a vývoje Vesmíru?

Ilustrační foto...Jak už jsem uváděl v IAN č. 180, základními stavebními kameny našeho světa podle současných poznatků jsou šestice kvarků (u, d, s, c, b, t), šestice leptonů (e, e, , , tau, ný tau) a jejich antičástice. Kvarky váže silná interakce (na leptony nepůsobí) do elementárních částic nazývaných hadrony, které se skládají buď ze tří kvarků (baryony - například neutron a proton) nebo z kvarku a antikvarku (mezony). Kvarky mají specifickou vlastnost (kvantové číslo), které nazýváme barvou. U každého typu kvarků existují tři různé barvy. Silná interakce je zprostředkována osmicí gluonů. Za normálních podmínek nemohou být barevné kvarky volné a jsou vždy vázány do bezbarvých hadronů popsaným způsobem. Předpokládá se, že při velmi vysokých hustotách energie je v prostoru mezi kvarky takové množství gluonů, že vzájemné silové působení mezi nimi odstíní. Dostaneme tak směs volných kvarků a gluonů, tedy právě zmiňované kvark-gluonové plazma.

V laboratoři můžeme takovou extrémní formu hmoty získat ve srážkách těžkých jader urychlených na velmi vysokou energii. V případě experimentů v laboratoři CERN byla jádra olova, které mají 208 nukleonů urychlena urychlovačem SPS na energii 160 GeV na nukleon a celková kinetická energie tak dosáhla okolo 33 TeV. Podle teoretických předpovědí by za těchto podmínek kvark-gluonové plazma vznikat mělo, avšak jeho prokázání je nesmírně těžké. Existuje totiž jen po velmi krátkou dobu, kdy trvají velmi vysoké hustoty a teploty. Kvarky nemohou opustit tuto oblast jako volné, ale jedině vázané do hadronů. Proces, kdy se kvarky v expandujícím a ochlazujícím kvark-gluonovém plazmatu váží do hadronů, nazýváme hadronizací. Jestliže při srážkách v CERNu vznikne v každé srážce průměrně okolo 2500 částic, tak 99,9 % z nich jsou hadrony. Jedině zkoumáním částic vyletujících z místa srážky můžeme určit teplotu, hustotu a další vlastnosti vznikající husté a horké hmoty a prokázat její fázový přechod do nového stavu - kvark-gluonového plazmatu. Navíc částice vzniklé v hadronizaci a tvořící jadernou hmotu ve stavu hadronového plynu mezi sebou velice silně interagují a informace, které nesou o vlastnostech kvark-gluonového plazmatu se rozmazávají. Získaná informace je tedy jen zprostředkovaná.

Ilustrační foto...Možný vznik kvark-gluonového plazmatu byl studován v sedmi různých experimentech, které se zaměřovaly na různé jeho vlastnosti a detekci různých částic. Náznaky existence jevů, které doprovázejí existenci kvark-gluonového plazmatu, se objevily už v prvních experimentech po roce 1994, avšak výsledky jednotlivých experimentů se daly vysvětlit i vlastnostmi normální jaderné hmoty. Vysvětlení poznatků z komplexní analýzy a porovnání různých experimentů se však nejspíše už bez existence kvark-gluonového plazmatu neobejde. Podívejme se na čtyři základní fyzikální jevy, které fyzikové z CERNu považují za nejsilnější argumenty potvrzující vznik kvark-gluonového plazmatu.

První získáváme ze studia rozložení hybnosti (respektive její složky kolmé ke směru srážejících se jader) pro řadu různých hadronů, které opouštějí místo srážky. Z takových spekter můžeme zjistit teplotu jaderné hmoty v okamžiku, kdy jí částice opouštěla. Jde o podobnou situaci, jakou je v astrofyzice určení teploty tělesa z energetického spektra fotonů, které vyzařuje. Z měření impulsu hadronů můžeme získat i údaje o rychlosti, se kterou horká a hustá hmota expandovala. Údaje naměřené v experimentech NA44, NA45/CERES, NA49, NA50, NA52, NA57/WA97 a WA98 odpovídají plně naším představám, že při srážce dosahujeme teplot potřebných pro vznik kvark-gluonového plazmatu a dynamické vlastnosti jaderné hmoty rozpínající se po srážce splňují naše představy získané z hydrodynamických modelů.

Druhým jevem, pozorovaným při velmi vysokých energiích srážky v experimentech NA57/WA97, NA49 a NA50, je zvýšená produkce hadronů obsahujících jeden nebo více podivných kvarků s ve srovnání s počtem, který vypočteme, když budeme předpokládat jejich vznik pouze ve srážkách nukleonů. Takový narůst podivnosti je velice obtížné vysvětlit v případě, že vzniká pouze jaderná hmota ve stavu hadronového plynu, protože při srážkách hadronů vznikají podivné částice s velmi malou pravděpodobností. Naopak pravděpodobnost produkce podivnosti při srážkách kvarků a gluonů v plazmatu a následné hadronizaci je velmi vysoká.

Zvýšená produkce elektron-pozitronových párů v oblasti invariantních hmotností menších než 800 MeV byla pozorována v experimentu NA45/CERES. Invariantní hmotnost je klidová hmotnost částice vypočtená z dvojice zachycených leptonů za předpokladu, že pocházejí z jejího rozpadu. Tento jev můžeme vysvětlit změnou vlastností mezonu ró, který vzniká v horké a husté jaderné hmotě a velmi rychle se ještě uvnitř ní rozpadá na dvojici elektron a pozitron. Jeho hmotnost a doba života by měla záviset na hustotě a teplotě okolní hmoty.

Nejvýznamnějším příznakem fázového přechodu je potlačení produkce mezonu nazývaného J/psí, které bylo pozorováno v experimentu NA50. Mezon J/psí je silně vázaným systémem kvarku c a anti-c. V kvark-gluonovém plazmatu se díky odstínění těchto kvarků možnost vzniku tohoto mezonu silně snižuje. Vznik a velikost pozorovaného potlačení produkce mezonu J/psí nelze uspokojivě vysvětlit bez přítomnosti nového stavu hmoty.

Tyto sice nepřímé důkazy, ale v souhrnu velmi přesvědčivé, potvrzují existenci kvark-gluonového plazmatu. Mělo by následovat definitivní potvrzení a podrobné zkoumání jeho vlastností za různých podmínek. K tomu však potřebujeme, aby plazma vznikalo ve větším objemu. Tedy ještě vyšší energie urychlovaných jader, než je možno dosáhnout na urychlovači SPS. Z tohoto důvodu štafetu přebírají američtí fyzikové na dokončovaném urychlovači RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) v Brookhavenu, který umožňuje srážet proti sobě letících j8dra s energií 100 GeV/nukleon. V těžišťové soustavě tak dostaneme téměř dvanáctkrát vyšší energii nežpři použití pevného terče na SPS. V roce 2005 by se pak štafetový kolík měl opět vrátit do Evropy, kde bude na budovaném urychlovači LHC (Large Hadron Collider) každé proti sobě letící jádro mít energii 2.7 TeV/nukleon a energie v těžišti bude více než 300krát větší než na SPS. V těchto experimentech bude vyzařováno z oblasti kvark-gluonovém plazmatu dostatek fotonů, abychom toto záření blízké záření černého tělesa zkoumali. Protože tyto fotony neinteragují s hadronovým plynem, budou kýženým přímým důkazem tohoto nového stavu hmoty.

Prokázání existence kvark-gluonového plazmatu, znalost jeho vlastností a způsobu přechodu v hadronový plyn jsou klíčové pro pochopení ranného stádia vývoje Vesmíru. Musíme ovšem mít na paměti některé důležité rozdíly v procesu hadronizace ve srážkách těžkých jader a hadronizace při Velkém třesku. Je to hlavně rozdílná časová škála. Zatímco srážka těžkých jader trvá řádově jen 10-22s, trvala hadronizace za ranného Vesmíru řádově 10-6s. Tento rozdíl je způsoben zpomalováním expanze Vesmíru gravitací a způsobuje například to, že se při hadronizaci v ranném Vesmíru stihly rozpadnout téměř všechny vznikající nestabilní částice. Souběžná existence hmoty ve formě hadronového plynu a kvark-gluonového plazmatu by se mohla, pokud by existovala, projevovat vznikem míst s různou baryonovou hustotou. To by se mohlo promítnout do následující primordiální nukleosyntézy, kdy by se mohly produkovat kromě 4He i těžší jádra 7Li, 9Be a 12B. Velice atraktivní by byla i možnost přeměny bublin kvark-gluonového plazmatu v primordiální černé díry, i když tato možnost se dnes jeví jako velmi nepravděpodobná. Mnohem pravděpodobnější se zdá možnost vzniku primordiálních podivnůstek, protože prokázání existence "normálního" kvark-gluonového plazmatu zvyšuje pravděpodobnost existence stabilního kvark-gluonového plazmatu s příměsí podivných kvarků. Možnost existence takového plazmatu ve formě malých kousků (podivnůstek) nebo ve formě celých podivných hvězd jsem podrobněji diskutoval v příspěvku v IAN č. 180. Podrobnější článek o zkoumání kvark-gluonového plazmatu a jeho významu pro astrofyziku připravuji pro nejbližší číslo časopisu Kozmos.

Vladimír Wagner

| Zdroj:  IAN.cz
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...
archiv zdroj
RULETA
Velká moře na Titanu?
Ilustrační foto...
Astronomický toaletní papír
Ilustrační foto...
Bolid z Javoriny
Ilustrační foto...
STS-120: Discovery – předstartovní zpravodajst
Ilustrační foto...
2001: Marťanská odysea na startu
Ilustrační foto...
STALO SE
4.12.2012 -
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...

WEBKAMERA
 Upice webcam / widecam
UPICE WEBCAM

Add to Google

 

Pridej na Seznam
 

  © 1997 - 2017 IAN :: RSS - novinky z astronomie a kosmonautiky SiteMap :: www :: ISSN 1212-6691