Az ELTE fizikusai a femtoszkópia élvonalában

2022.08.16.
Az ELTE fizikusai a femtoszkópia élvonalában
2022 júliusában East Lansingben (Michigan, USA) rendezték meg a femtoszkópiai szakterület legfontosabb nemzetközi seregszemléjét, a 15th Workshop on Particle Correlations and Femtoscopy konferenciát, amelyen hat előadással az ELTE fizikusai kiemelkedő létszámmal szerepeltek az előadók között. A bemutatott eredmények a kvarkanyag téridőbeli szerkezetének vizsgálatában és a kritikus pont keresésében is fontos szerepet játszhatnak a későbbiekben.   

A nagyenergiás részecskegyorsítóknál – Szuper Protonszinkrotron (SPS), Relativisztikus Nehézion-ütköztető (RHIC) és Nagy Hadronütköztető (LHC) – végzett kísérleteknek az utóbbi 10-15 évben gyűjtött adatai arra utalnak, hogy ultrarelativisztikus nehézion-ütközések során egy közel tökéletes folyadék halmazállapotú kvarkanyag, szakmai nevén az erősen kölcsönható kvark-gluon plazma alakul ki. Ez az ember által mesterségesen előállított legforróbb anyag, amely természetes körülmények között az ősrobbanás utáni első néhány milliomod másodpercben volt jelen, és akkor kitöltötte az egész Világegyetemet.


A narancs színnel jelölt kvarkanyagból keletkező és észlelt részecskék (piros nyilakkal) kvantumos természetük miatt korreláltak (a szaggatott vonal jelzi a korrelációt), így elárulják az őket létrehozó anyag eloszlását (balra). 
A részecskék véletlen bolyongásuk során sok esetben normális eloszlást hoznak létre (középen). Amennyiben a bolyongás anomális, Lévy-folyamattal írható le, azaz extrém nagy lépések is előfordulnak, akkor Lévy-eloszlás jön létre (jobbra).

„A részecskegyorsítókban ezt a forró és sűrű kvarkanyagot rendkívül kis méretben és rövid időre újra elő tudjuk állítani. Ezen anyag térbeli és időbeli szerkezetét kvantumstatisztikai technikákkal lehet feltérképezni. A módszer lényege, hogy az észlelt részecskék lendületének korrelációi kvantumos természetük miatt elárulják az őket létrehozó anyag téridőbeli szerkezetét. A jellegzetes femtométeres tartomány miatt ezt a területet femtoszkópiának is nevezzük” – mondja Csanád Máté, az ELTE csoport vezetője.


Három nehézion-fizikai kísérlet fotója és egy-egy ütközés rekonstruált részecskéi.
Az egyes kísérletek sorrendben: STAR, PHENIX, CMS.

A szakterülettel foglalkozó, a világ minden tájáról érkező kutatók 2005 óta a „Workshop on Particle Correlations and Femtoscopy” (WPCF) című konferenciasorozaton találkoznak rendszeresen, hogy megvitassák legfontosabb új eredményeiket. Az idei a 15. WPCF volt, és hat ELTE-s előadás is bekerült a programba, azaz minden tizedik előadás az ELTE-hez köthető volt – ezzel az ELTE adta az egyik legnépesebb csoportot az idei konferencián.

Az ELTE csapata, balról sorrendben: Kasza Gábor, Kovács László, Kincses Dániel, Csanád Máté, Kórodi Balázs, Pórfy Barnabás.

Az első napon Kórodi Balázs (fizikus MSc hallgató) az LHC CMS kísérletében mért kvantumstatisztikus korrelációkról számolt be, Kovács László (fizika BSc hallgató)  a RHIC PHENIX együttműködésben elért eredményeit mutatta be, Kincses Dániel (doktorjelölt) a RHIC STAR kísérletről, míg Pórfy Barnabás (fizikus doktorandusz) az SPS NA61/SHINE méréseiről tudósított. Mindannyian a kvarkanyag téridőbeli szerkezetét vizsgálták a Lévy-stabilnak nevezett eloszlások segítségével, és eredményeik együttesen arra mutatnak, hogy nem a korábban feltételezett normális (Gauss) eloszlás szerint viselkedik ez a közeg, a stabilitási exponensnek nevezett matematikai mérőszám pedig számot adhat a kvarkanyag „kifagyásakor” zajló jelenségekről.

A konferencia későbbi napjain Kasza Gábor (doktorandusz, ELTE, Wigner FK és MATE) a kvarkanyag folyadékdinamikai modellezésében elért egzakt matematikai eredményeit mutatta be, Csanád Máté (MTA doktora, egyetemi docens) pedig a STAR kísérlet Eseménysík Detektorával végzett mérésekről tudósított, amelyek fontosak lehetnek a kvarkanyag úgynevezett kritikus pontjának keresésében is.


További információ:

A kutatásokat támogatta a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal a TKP, OTKA és TÉT programokon keresztül.

Borítókép: A WPCF 2022 konferencia résztvevői.