ALICE eksperymentALICE eksperyment,
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Detektor Ważący 10000 ton, wysoki na 16 metrów i długi na 26 metrów detektor ALICE jest wielkim i skomplikowanym urządzeniem składającym się z 18 sub-detek- torów do rejestracji i identykacji dziesiątek tysięcy cząstek produ- kowanych w każdym zderzeniu ciężkich jonów. Aby zarejestrować do 8000 zderzeń na sekundę, de- tektor ALICE zbudowany jest z użyciem technologii: - wysoce precyzyjnych układów dla detekcji cząstek; - ultra-zminiaturyzowanych układów dla przetwarzania sygnałów elektronicznych; - wykorzystania ogólnoświato- wych zasobów komputerowych dla analizy danych (Grid). ALICE Eksperyment ALICE Współpraca międzynarodowa Podróż do początku Wszechświata …. Co dzieje się z materią gdy jest podgrzana do tempe- ratury 100000 razy wyższej niż temperatura we wnętrzu Słońca? ALICE skupia ponad 1000 współpracowników, w tym około 200 studentów na studiach ma- gisterskich, ze 105 instytutów zyki z 30 krajów świata. Dla zbu- dowania i obsługi tak dużego eksperymentu wymagana jest wielka różnorodność kwalikacji. Dlaczego protony i neutrony ważą 100 razy więcej niż kwarki, z których są zbudowane? Czy kwarki mogą być uwolnione z wnętrza protonu lub neutronu? CERN Europejska Organizacja Badań Jądrowych CH-1211 Genewa, Szwajcaria Zdjęcia: Okładka, galaktyka: NASA, ESA, CXC, i JPL- Caltech Tło: T.A.Rector (NOAO/AURA/NSF) i Hubble Herit- age Team (STScI/AURA/NASA) Środek, gwiazda: J. Hester i P. Scowen (Arizona State University), NASA/ESA/STScI Środek, galaktyka: Christopher Burrows, NASA/ ESA/STSci Środek, struktura atomowa: André-Pierre Olivier ALICE, elementy detektora: Antonio Saba i CERN ALICE będzie poszukiwać odpowiedzi na te pytania, używając niezwykłych możliwości dostarczonych przez LHC. Grupa ds. Komunikacji, Sierpień 2008 CERN-Brochure-2008-012-Pol CERN, Europejska Organizacja Badań Jądrowych, została założona w 1954 roku. Stała się ona pierwszorzędnym przykładem międzynarodowej współpracy, zrzeszając obecnie 20 krajów członkowskich. Zlokalizowana jest przy granicy francusko-szwajcarskiej, w pobliżu Genewy, i jest największym w świecie laboratorium zyki cząstek. www.cern.ch najnowocześniejszych Tysiące nowych cząstek powstałych w ten sposób lecą w stronę układu detekcyjnego (symulacja: H. Weber, model UrQMD (Ultrarelativistic Quantum Molecular Dynamic), Frankfurt). Atom Jądro Proton lub neutron Dwa ciężkie jądra zbliżają się do siebie z prędkością bliską prędkości światła. Zgodnie z teorią względności Einsteina mają one postać bardzo cienkich krążków. Jądra zderzają się i bardzo wysoka temperatura uwalnia kwarki (czerwone, niebieskie i zielone) i gluony. Kwarki i gluony zderzają się między sobą wytwarzając termicznie zrównoważony układ: plazmę kwarkowo- gluonową. Plazma rozpręża się i schładza to temper- atury (~2 x 10 12 stopni), w której kwarki i gluony przegrupowują się tworząc zwykłą materię, w ciągu zaledwie 10 -23 sekundy od momentu zderzenia. Oddziaływanie silne Uwięzienie Swobodne kwarki i gluony Powrót do początku Zwykła materia złożona jest z atomów, z których każdy składa się z jądra otoczonego chmurą elektronów. Jądra składają się z protonów i neutronów, które z kolei składają się z kwarków. Według naszego dzisiejszego stanu wiedzy kwarki wydają się być elementarnymi składnikami materii. Żaden kwark nie został zaobserwowany jako cząstka swobodna: kwarki, podobnie jak gluony, wydają się być trwale związane między sobą wewnątrz cząstek złożonych, takich jak protony i neutrony. To nazywa się uwięzieniem. Szczegółowy mecha- nizm, który je wywołuje, pozostaje nieznany. Współczesna teoria oddziaływania silnego (zwana Chromodynamiką Kwantową) przewiduje, że przy bardzo wyso- kich temperaturach i bardzo wielkich gęstościach kwarki i gluony nie powinny być już związane wewnątrz cząstek złożonych. Powinny one istnieć jako cząstki swobodne w nowym stanie materii, zwanym plazmą kwarkowo-gluonową. Czy ten scenariusz może być badany doświadczalnie ? Czy takie ekstremalne warunki mogą być odtworzone w laboratorium ? Przez wywołanie czołowych zderzeń ciężkich jąder (takich jak jądra atomów ołowiu), przyspieszonych w LHC do prędkości bliskiej prędkości światła, powinniśmy otrzymać - - chociaż w bardzo małej objętości, bliskiej rozmiarom jądra i na krótką chwilę, kropelkę takiej pierwotnej materii i obserwować jak powraca ona do stanu zwykłej materii poprzez rozprężenie i schłodzenie. Kwarki związane są ze sobą w protonach i neutronach przez siłę znaną jako oddziaływanie silne, zachodzące za pośrednictwem wymiany cząstek - nośników siły, zwanych gluonami. Silne oddziaływanie jest także odpowiedzialne za wiązanie protonów i neutronów w jądrach atomowych. Powstawanie masy Takie przejście powinno zajść gdy temperatura przekroczy wartość krytyczną, ocenianą na ok. 2000 miliardów stopni, ….około 100000 razy wyższą niż temperatura jądra Słońca ! Takie temperatury nie istniały w przyrodzie od narodzin Wszechświata. Sądzimy, że w czasie kilku milionowych części sekundy po Wielkim Wybuchu temperatura przewyższała wartość krytyczną i cały Wszechświat znajdował się w stanie plazmy kwarkowo-gluonowej. Wiadomo, że protony i neutrony zbudowane są z trzech kwarków, ale sumując masy tych kwarków otrzymuje się …. zaledwie ok. 1% masy protonu czy neutronu. Skąd pochodzi pozostałe 99% ? Chociaż obecnie wiele już rozumiemy z zyki oddziaływań silnych, dwie bardzo podstawowe kwestie pozostają nierozwiązane: źródło uwięzienia i mechanizm powstawania masy. Przypuszcza się, że obie wynikają ze sposobu modykacji własności próżni przez silne oddziaływanie. Przez badanie takich zderzeń na LHC, uczestnicy ekspery- mentu ALICE powinni uzyskać możliwość wgłębienia się w zykę uwięzienia, sondowania własności próżni i mechanizmu powstawania masy w oddziaływaniach silnych, oraz zbadania jak zachowywała się materia bezpośrednio po Wielkim Wybu- chu. Czy mechanizm, który więzi kwarki w protonach i neutronach, jest także odpowiedzialny za powstawanie przeważającej części masy zwykłej materii? T czas Wszechświata Plazma kwarkowo- gluonowa Powstawanie protonów i neutronów 2 × 10¹² K 4 × 10 -5 s Powstawanie lekkich jąder Powstawanie neutralnych atomów 10 3 K 380 000 lat Powstawanie pierwszych gwiazd 25 K 2 × 10 8 lat Galaktyki i drugie pokolenie gwiazd (Rozprzestrzenianie się ciężkich pierwiastków) < 25 K > 2 × 10 8 lat Dzień dzisiejszy Temperatura Czas < 10 -5 s 5 × 10 8 K 3 min 2.7 K 13.7 miliardów lat [ Pobierz całość w formacie PDF ] |
Podobne
|