tajemnice kosmosu


Przeglądając ostatnio prasę, natrafiłam na ciekawy artykuł, dotyczący wydarzeń związanych z pracą Wielkiego Zderzacza Hadronów. Artykuł autorstwa dr Piotra Zalewskiego ukazał się w styczniowym numerze miesięcznika "delta". A oto wspomniany artykuł w całości:




Co LHC widziało?



Rok 2010 był pierwszym rokiem normalnego działania Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC - Large Hadron Collider). Po wstępnym uruchomieniu na jesieni 2009 roku i osiągnięciu niskiej, ale i tak rekordowej energii 2,36TeV, przystąpiono do zderzania przeciwbieżnych wiązek protonów z energią pojedynczego protonu 3,5TeV, czyli zbierania danych przy całkowitej energii zderzeń 7TeV (to znaczy po przyspieszeniu każdego z protonów potencjałem 3,5 biliona wolt).
Była to energia uznana za bezpieczną z punktu widzenia maksymaklnego niezbędnego prądu krążącego w nadprzewodzących magnesach dipolowych, służących do utrzymywania wiązek protonów na "zakrętach" LHC. Ponieważ poziom bezpieczeństwa użytkowania akceleratora zależy także od liczby krążących w nim protonów, od której z kolei zależy tzw. świetlność urządzenia, czyli liczba zderzeń zachodzących w jednostce czasu, zdecydowano się na stopniowe podnoszenie tych wielkości przez cały rok. W rezultacie liczba zebranych danych rosła, mniej więcej, w postępie geometrycznym. Praktycznie co tydzień mieliśmy do dyspozycji dwa razy więcej danych niż tydzień wcześniej.

Ostatecznie uzyskano zamierzoną na cały rok chwilową świetlność sześć rzędów wielkości większą od początkowej. Detektory obejrzały po ponad bilionie przypadków, zapisując najciekawsze, mniej więcej co dziesięciotysięczny.

Na tym jednak nie koniec. W listopadzie w ciągu tygodnia przystosowano zderzacz do przyspieszania jonów (jąder) ołowiu 208Pb82+ i uzyskano ich przeciwbieżne wiązki zderzające się przy energii w środku masy 2,76TeV na parę nukleonów, czyli maksymaklnej całkowitej energii zderzenia ponad pół PeV (1015 elektronowoltów). W ten sposób energia osiągana w zderzeniach ciężkich jonów została podniesiona czternastokrotnie.

Wieszczonego końca świata, pomimo rekordowego zbliżenia się do warunków panujących tuż po Wielkim Wybuchu, oczywiście nie było, ale i tak było ciekawie.
LHC ma na swoim koncie dwa odkrycia, z których jedno było spodziewane, a drugie jest trochę zaskakujące.
Głownym celem zeszłorocznej kampanii było jednak "odkrycie Modelu Standardowego na nowo". Chodziło nie tylko o wszechstronne sprawdzenie detektorów, ale także o zrozumienie, jak dobrze zgadzają się przewidywane częstości zachodzenia poszczególnych znanych procesów z rzeczywistością w niezbadanym dotąd zakresie energii. Odtworzyliśmy wszystko, co powinniśmy. Zrekonstruowaliśmy rezonansowe stany związane ciężkich kwarków (spektroskopia stanów o masie trochę powyżej 3 GeV/c2 dla par kwark-antykwark powabny oraz trochę powyżej 9 GeV/c2 dla par kwark-antykwark piękny), bozony pośredniczące W=, W- i Z0 oraz produkcję par kwarków top, czyli najmasywniejszych znanych obiektów elementarnych.

Eksperyment CMS zarejestrował bardzo ciekawy przypadek czteromionowy, zgodny z hipotezą rozpadu pary bozonów Z0 na miony. Właśnie tak powinien przejawiać się poszukiwany bozon Higgsa, jeżeli miałby masę ponad progiem umożliwiającym rozpad na dwa bozony Z0. Przypadki takie są jednak oczekiwane również bez istnienia bozonu Higgsa o takiej masie, więc na razie nie ma co się ekscytować, ale znalezienie takiego rzadkiego okazu raduje serce łowcy.

Wracając do odkryć, to obydwa dotyczą własności gęstej materii jądrowej uzyskanej w LHC. Zacznę od drugiego, bo choć uzyskane później, to jest tzw. spodziewanym odkryciem, więc nie ma się co o nim rozpisywać.Mianowicie po raz pierwszy zaobserwowano produkcję bozonów pośredniczących, konkretnie bozonu Z0, w oddziaływaniach ciężkich jonów. Obserwacji tej dokonał zespół badawczy eksperymentu CMS. Złośliwi twierdzą, że miał po prostu szczęście.

Ze szczęściem niewiele już wspólnego miało bardziej zaskakujące odkrycie, też wykonane przez CMS. Chodzi o tzw. rudge effect, czyli, w wolnym tłumaczeniu, o odkrycie "linii grzbietowej" na wykresie korelacji dwucząstkowych w oddziaływaniu proton-proton. Zostało to tak nazwane, bo na trójwymiarowych wykresach przypomina grzbiet górski. Odkrycie było możliwe dzięki zaprojektowaniu specjalnej ścieżki systemu wyzwalania zapisu danych, która mogła być używana tylko przy stosunkowo małej świetlności na początku roku 2010, gdyż później wysyciłaby całe pasmo rejestracji danych. Zjawisko zostało najpierw odkryte w zderzeniach jądro-jądro w RHIC-u (Relativistic Heavy Ion Collider), działającym w Brookhaven National Laboratory, zlokalizowanym na Long Island w Nowym Jorku, do niedawna dysponującym najwyższymi energiami zderzeń ciężkich jonów. Polega ono na zwiększonym prawdopodobieństwie obserwacji par cząstek, których pędy niewiele różnią się kątem azymutalnym ?, ale mogą się znaczne różnić kątem polarnym ?, czyli rozlatują się nawet prawie w przeciwne strony, ale w jednej półpłaszczyźnie, której brzegiem jest oś wiązki. Na trójwymiarowym wykresie, na którym miarę stopnia korelacji przedstawia się jako funkcję różnicy kąta azymutalnego ?? i różnicy pewnej funkcji kąta polarnego ?? (konkretnie ?=-In[tg(?/2)]), widać wydłużony garb dla ??~0. Występowanie takiego fenomenu w oddziaływaniach jądro-jądro zostało zinterpretowane jako jeden z (początkowo nieoczekiwanych) przejaów występowania plazmy kwarkowo-gluonowej. Wygląda na to, że w najbardziej centralnych zderzeniach proton-proton zachodzi to samo zjawisko.

Obecny rok zapowiada się jeszcze ciekawiej. Mamy uzasadnioną nadzieję, że worek z tzw. nową fizyką może się rozwiązać. Pewności jednak nie ma i to, być może, jest właśnie najciekawsze.

dr Piotr ZALEWSKI















góra  strony...





Dorota Kuryło