Az ELTE kutatóinak részvételével újra indult az amerikai RHIC részecskegyorsító
A New York-i Relativisztikus Nehézion-ütköztető (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC) több kilométeres gyűrűiben hatalmas energiára gyorsított atommagokat (nehézionokat) ütköztetnek egymással. A létrejött hatalmas energiasűrűségnek köszönhetően az atommagok anyaga a megszokottól egészen eltérően viselkedik: a protonok és a neutronok megolvadhatnak, egy új, utoljára a Világegyetem születésekor jelen lévőhöz hasonló közeget, a kvark-gluon plazmát, avagy kvarkanyagot létrehozva. Ez a közeg a másodperc töredéke alatt tágulni és hűlni kezd, majd hagyományos anyaggá „fagy”, és jól ismert részecskék formájában észlelhető lesz. Az ütközésekben az anyag olyan állapota jön létre, amilyen a Világegyetem létrejöttekor, néhány mikromásodperccel a Nagy Bumm után uralkodott. Emiatt a nagyenergiás gyorsítókban zajló nehézion-ütközéseket – a bennük uralkodó óriási energiasűrűség és hőmérséklet miatt – Kis Bummnak is nevezhetjük.
1. ábra: A RHIC komplexum a Brookhaveni Nemzeti Laboratóriumban
A kutatások egyik fő kérdése jelenleg az, hogy milyen jellegű az átmenet, azaz hogyan tér vissza a kvarkanyag a hagyományos formájába, miként történik a kifagyás. Elméleti és kísérleti eredmények szerint az átalakulás folytonos jellegű, mint a víz-gőz átmenet nagyon nagy nyomás esetén. Mindez a RHIC alapértelmezett ütközési energiája esetén igaz. Kisebb ütközési energia esetén azonban a várakozások szerint megváltoznak a körülmények, és elsőrendű fázisátmenetre kerülhet sor – amilyen a víz-gőz átmenet normál légköri nyomáson. További sejtés az, hogy a kvark- és a „hagyományos” fázist elválasztó, elsőrendű fázisátmenetet kijelölő határvonal egy kritikus pontban ér véget. A RHIC gyorsító STAR kísérletének célja, hogy a fázistér minél szélesebb tartományait vizsgálva a kritikus pont nyomait keresse, illetve a kritikus pont felfedezése esetén annak tulajdonságait meghatározza. 2019-ben és 2020-ban az említett alapértelmezett ütközési energiát tizedére csökkentették, és ennél is kisebb energiájú, úgynevezett rögzített céltárgyas (ahol nem két nyaláb ütközik, hanem egy nyaláb talál el egy céltárgyat) kísérleteket is terveztek végezni.
2. ábra: Kincses Dániel (balra), Pintér Roland (középen) és Csanád Máté (jobbra) a STAR adatfelvételén dolgozva 2019-ben
Az ELTE STAR-Magyarország kutatócsoportjának tagjai (Csanád Máté, Kincses Dániel, Ayon Mukherjee, Nagy Márton, Pintér Roland és Srikanta Tripathy) 2019 tavaszán bekapcsolódtak a mérésekbe, 2020. májusban pedig egy hónapot terveztek a BNL-ben tölteni, hogy a kísérletekben részt vegyenek. A koronavírus-járvány azonban közbeszólt, az események márciusban viharos gyorsasággal követték egymást:
Március 14.: Külföldről nem lehet a BNL-be beutazni
Március 15.: A külföldiek által vállalt adatfelvételt amerikaiak pótolják, a közeli államokból
Március 16.: Csak BNL dolgozók vehetnek részt az adatfelvételben
Március 17.: Online adatfelvétel lehetősége kidolgozva
Március 18.: 5 fő helyett 2-re redukált adatfelvevő létszám
Március 20. 09:00: napi adatfelvételi terv kiadva
Március 20. 11:00: Instrukciók összeszedése leállítás esetére
Március 20. 13:00: RHIC nemsokára leáll
Március 20. 14:00: STAR leállítása folyamatban
Március 20. 15:00: STAR és RHIC leállítva és visszamelegszik
A járvány csillapodásával júniusban azonban a RHIC is újraindulhatott, június 16-án pedig elkezdődött a STAR adatfelvétele. A márciusban kidolgozott online adatfelvétel lehetőségére támaszkodva két fő lehet jelen a kísérletnél, további egy fő online becsatlakozva segíti a mérést.
Az ELTE kutatói mindjárt az első adatfelvételi csapatban részt vesznek, a legelső online adatfelvevői pozíciót Ayon Mukherjee, az ELTE posztdoktori kutatója töltötte be, a csoport többi tagja a későbbiekben csatlakozhat be az adatfelvételbe. A 2020-ban felvett adatok segítségével remélhetőleg közelebb kerülünk ahhoz a kérdéshez, hogy a kvarkanyag fázisdiagramján létezik-e kritikus pont.
3. ábra: Ayon Mukherjee (alul), az ELTE posztdoktori kutatója részt vesz a STAR adatfelvételében, online becsatlakozva az első adatfelvételi műszakot teljesítő csapatba „shift crew” pozícióban. A felső sorban az adatfelvételen helyben résztvevő munkatársak: David Tlusty (Creighton Egyetem, USA) és Dmitry Kalinkin (Indiana Egyetem, USA)
"Izgalmas idők ezek a nagyenergiás mag- és részecskefizikában: a RHIC új programja nemsokára választ adhat a kvarkanyag és a maganyag fázisdiagramjával kapcsolatban fennálló nyitott kérdésekre; de több új gyorsító is épül ezen kérdések vizsgálatára: a németországi FAIR, Oroszországban a NICA és Japánban a J-PARC HI berendezések is nemsokára bekapcsolódnak a kutatásokba. Most a járvány miatt mindenkinek kicsit elterelődött a figyelme ezekről a kutatásokról, annál nagyobb öröm, hogy újra indulhattak a kísérletek" – mondja Csanád Máté, az ELTE Atomfizikai Tanszék egyetemi docense, aki rendszeresen foglalkozik az ELTE Tudományos Diákkörében tevékenykedő hallgatókkal. Az ELTE TDK-zó diákjai így a brookhaveni RHIC gyorsítóhoz, illetve a CERN hasonló berendezéseihez is eljuthatnak munkájuk során, és a szakterület legismertebb kutatóival dolgozhatnak együtt.
A STAR–Magyarország kutatócsoport a Felsőoktatási Intézményi Kiválósági Program (FIKP) Asztro- és Részecskefizikai Tématerületén belül működik.
Belső borítókép: a STAR kísérleti berendezése és egy konkrét atommagütközés egymásra montírozva