Yüksek enerjili nükleer fizik - High-energy nuclear physics

Nükleer Fizik
NuclearReaction.svg
Çekirdek  · Nükleonlar  (p, n ) · Nükleer madde  · Nükleer kuvvet  · Nükleer yapı  · Nükleer reaksiyon

Yüksek enerjili nükleer fizik tipik enerji rejimlerindeki nükleer maddenin davranışını inceler. yüksek enerji fiziği. Bu alanın birincil odak noktası, diğer alanlardaki daha hafif atomlarla karşılaştırıldığında ağır iyon çarpışmalarının incelenmesidir. parçacık hızlandırıcılar. Yeterli çarpışma enerjilerinde, bu tür çarpışmalar, kuark-gluon plazma. Yüksek enerjili çevresel nükleer çarpışmalarda, çok daha küçük parlaklıkları nedeniyle elektron-pozitron çarpıştırıcılarında erişilemeyen leptonların ve mezonların elektromanyetik üretimi hakkında bilgi edinilmesi beklenir.[1][2][3]

Önceki yüksek enerjili nükleer gaz pedalı deneyler, 1 GeV / nükleonun mermi enerjilerini kullanarak ağır iyon çarpışmalarını inceledi. JINR ve LBNL-Bevalac 158 GeV / nükleon'a kadar CERN-SPS. "Sabit hedefli" deneyler adı verilen bu tür deneyler, öncelikle bir "demet" iyonu hızlandırır (tipik olarak yaklaşık 106 10'a kadar8 iyon sayısı) ışık hızı (0.999c) ve benzer ağır iyonların hedefi haline getirin. Tüm çarpışma sistemleri ilginç olsa da, 1990'ların sonunda simetrik çarpışma sistemlerine büyük odaklanıldı. altın altın hedeflerdeki kirişler Brookhaven Ulusal Laboratuvarı 's Alternatif Gradyan Senkrotron (AGS) ve uranyum uranyum hedefler üzerindeki kirişler CERN 's Süper Proton Senkrotron.

Yüksek enerjili nükleer fizik deneyleri, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı 's Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC) ve CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısı. RHIC'de program dört deneyle başladı - PHENIX, STAR, PHOBOS ve BRAHMS - hepsi oldukça göreceli çekirdeklerin çarpışmalarını incelemeye adandı. Sabit hedefli deneylerden farklı olarak, çarpıştırıcı deneyleri, altı etkileşim bölgesinde (RHIC durumunda) birbirine doğru iki hızlandırılmış iyon demetini yönlendirir. RHIC'de iyonlar, 100 GeV / nükleondan 250 GeV / nükleona kadar hızlandırılabilir (iyon boyutuna bağlı olarak). Çarpışan her iyon zıt yönlerde hareket eden bu enerjiye sahip olduğundan, çarpışmaların maksimum enerjisi bir kütle merkezi altın için 200 GeV / nükleon ve protonlar için 500 GeV / nükleon çarpışma enerjisi.

ALICE CERN'deki LHC'deki (Büyük İyon Çarpıştırıcı Deneyi) detektörü, nükleon çifti başına 2,76 TeV'luk bir kütle merkezi enerjisinde Pb-Pb çekirdek çarpışmalarını incelemek konusunda uzmanlaşmıştır. Tüm büyük LHC dedektörleri - ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb - ağır iyon programına katılın.[4]

Tarih

Sıcak hadron maddesinin keşfi ve çok parçacıklı üretim çok parçacıklı üretim üzerine teorik çalışmalarla başlatılan uzun bir tarihe sahiptir. Enrico Fermi ABD'de ve Lev Landau SSCB'de. Bu çabalar, 1960'ların başlarında çok partikül üretiminin termal tanımının gelişmesine giden yolu açtı ve istatistiksel önyükleme modele göre Rolf Hagedorn. Bu gelişmeler, araştırma ve keşiflere yol açtı. kuark-gluon plazma. Üretimin başlangıcı Bu yeni madde biçiminin hala aktif olarak araştırılması devam etmektedir.

İlk çarpışmalar

Mütevazı göreceli koşullarda ilk ağır iyon çarpışmaları, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (LBNL, eski adıyla LBL) Berkeley, Kaliforniya, ABD ve Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü (JINR) içinde Dubna, Moskova Oblastı, SSCB. LBL'de, ağır iyonları HILAC'tan ağır iyon hızlandırıcıdan Bevatron. Elde edilen nükleon başına 1-2 GeV seviyesindeki enerji ölçeği başlangıçta normal nükleer yoğunluğun birkaç katı olan sıkıştırılmış nükleer madde verir. Sıkıştırılmış ve uyarılmış nükleer maddenin özelliklerini inceleme olasılığının gösterilmesi, araştırma programlarını çok daha yüksek enerjilerde mevcut hızlandırıcılarda motive etti. BNL ve CERN göreceli kirişler ile laboratuvarda sabit hedefler. İlk çarpıştırıcı deneyleri 1999'da RHIC'de başladı ve LHC, 2010'da bir kat daha yüksek enerjide ağır iyonlarla çarpışmaya başladı.

CERN işlemi

LHC çarpıştırıcı CERN yılda bir ay nükleer çarpışma modunda çalışır. Pb çekirdekler, dinlenme kütlesinin enerji eşdeğerinin yaklaşık 1500 katı olan nükleon çifti başına 2,76 TeV'de çarpışır. Toplamda 1250 valans kuarkı çarpışarak sıcak bir kuark-gluon çorbası oluşturur. Ağır atom çekirdeği elektron bulutlarından sıyrılanlara ağır iyonlar denir ve biri (ultra) göreceli ağır iyonlardan söz edilir. kinetik enerji önemli ölçüde aşıyor dinlenme enerjisi, LHC'de olduğu gibi. Bu tür çarpışmaların sonucu, çok sayıda güçlü etkileşen parçacıklar.

Ağustos 2012'de ALICE bilim adamları deneylerinin sonuç verdiğini duyurdular. kuark-gluon plazma yaklaşık 5,5 trilyon sıcaklıkta Kelvin, şimdiye kadar herhangi bir fiziksel deneyde elde edilen en yüksek sıcaklık.[5] Bu sıcaklık, 2010 yılındaki deneylerde elde edilen yaklaşık 4 trilyon Kelvin'lik önceki rekordan yaklaşık% 38 daha yüksektir. Brookhaven Ulusal Laboratuvarı.[5] ALICE sonuçları 13 Ağustos'ta açıklandı Kuark Meselesi 2012 konferans Washington DC.. Bu deneylerle üretilen kuark-gluon plazması, evrendeki koşullara mikrosaniyeler sonra yaklaşır. Büyük patlama, madde birleşmeden önce atomlar.[6]

Hedefler

Bu uluslararası araştırma programının birkaç bilimsel amacı vardır:

  • Kuarklar ve gluonlardan oluşan yeni bir madde halinin oluşumu ve araştırılması, kuark-gluon plazması QGP, hangi galip geldi ilk 30 mikrosaniyede erken evren.
  • Çalışma renk hapsi ve renk sınırlama = kuark vakum durumunu uyarılmış duruma sınırlayan kuark fizikçiler, kuarkların ve gluonların serbestçe dolaşabildiği, Hagedorn sıcaklığı;
  • Kökenlerini incelemek Hadron (proton, nötron vb.) kuark hapsi ve vakum yapısı fenomeni ile ilgili olduğuna inanılan madde kütlesi.

Deneysel program

Bu deneysel program, on yıllık bir araştırmayı takip eder. RHIC çarpıştırıcı BNL ve sabit hedefler kullanan neredeyse yirmi yıllık çalışmalar SPS CERN'de ve AGS BNL'de. Bu deneysel program, QGP aşamasına ulaşmak için gerekli aşırı madde koşullarına ulaşılabileceğini zaten doğrulamıştır. Oluşturulan QGP'de elde edilen tipik bir sıcaklık aralığı

daha fazlası 100000 ortasından kat daha büyük Güneş. Bu, bir enerji yoğunluğuna karşılık gelir

.

Karşılık gelen göreceli madde basınç dır-dir

Daha fazla bilgi

Referanslar

  1. ^ "Rutgers Üniversitesi Nükleer Fizik Ana Sayfası". www.physics.rutgers.edu. Alındı 5 Şubat 2019.
  2. ^ "Yayınlar - Yüksek Enerji Nükleer Fiziği (HENP)". www.physics.purdue.edu. Arşivlenen orijinal 29 Temmuz 2012 tarihinde. Alındı 5 Şubat 2019.
  3. ^ "Arşivlenmiş kopya". Arşivlenen orijinal 2010-12-12 tarihinde. Alındı 2009-08-18.CS1 Maint: başlık olarak arşivlenmiş kopya (bağlantı)
  4. ^ "Quark Matter 2018". Indico. Alındı 2020-04-29.
  5. ^ a b Eric Hand (13 Ağu 2012). "Sıcak şeyler: CERN fizikçileri rekor kıran atom altı çorba yaratıyor". Doğa Haberleri Blogu. Alındı 5 Ocak 2019.
  6. ^ Will Ferguson (14 Ağustos 2012). "LHC ilkel maddesi şimdiye kadar yapılmış en ateşli şeydir". Yeni Bilim Adamı. Alındı 15 Ağustos 2012.