Plasmaopdagelse i Big Bang-maskine forbløffer forskerne

Plasmaopdagelse i Big Bang-maskine forbløffer forskerne

Fysikerne på Cern har opdaget, at mange partikler ved proton-proton-sammenstødene, ser der ud til at danne et kvark-gluon-plasma, som ellers kun ses ved kollisioner mellem tunge ioner. Forskerne ved dog endnu ikke hvorfor.

Med CMS-detektoren ved Cerns LHC-accelerator har fysikerne opdaget et fænomen, som vækker stor undren.

Der opstår i visse tilfælde en situation, som datamæssigt minder om et kvark-gluon-plasma, som tidligere kun er set ved kollisioner mellem tunge partikler, bl.a. med guldioner i RHIC-acceleratoren ved Brookhaven National Laboratory i USA.

Kvarker og gluoner er de indre bestanddele i protoner og neutroner. De kan ikke eksistere som frie partikler bortset fra situationer med samme ekstreme betingelser, som fandtes umiddelbart efter Big Bang.

Fysikerne måler vinklerne for den retning nye partikler forlader sammenstødet mellem protonerne. Fordelingen af partikler i den indrammede sorte kasse overrasker og forvirrer fysikerne.

Om der er dannet et kvark-gluon-plasma ved proton-proton-sammenstødene, er dog stadig meget usikkert. Men er det ikke tilfældet, skal fysikerne finde en anden forklaring på deres observationer.

»Det er det mest spændende, der er sket siden de første kollisioner,« skriver Christine Nattrass på den amerikanske US LHC blog.

Cern lancerer selv nyheden på denne måde:

»CMS observerer en potentielt ny og interessant effekt«.

Og CMS-talsmanden Guido Tonelli udtrykker det sådant:

»Vi søgte aktivt efter et sådant fænomen, som aldrig før er set i proton-proton-kollisioner«.

Underlige partikelspor

Når der sker et partikelsammenstød mellem protonerne, udsendes en lang række nye partikler i forskellige retninger. Fysikerne måler den retning, de nye partikler forlader sammenstødet, i form af to vinkler: I forhold til protonstrålebundtets retning (delta eta) og i et plan vinkelret derpå (delta phi).

I visse tilfælde kan der dannes mere end 100 partikler ud fra et sammenstød mellem to protoner med en samlet energi på 7 TeV.

I sådanne tilfælde har partiklerne en overraskende fordeling. Den høje spids er ikke overraskende, men det er den ryg, den står på (den indrammede sorte boks på illustrationen).

Denne fordeling minder meget stærkt om det, som er opnået ved et tilsvarende forsøg med RHIC-acceleratoren i New York.

Ved dette forsøg forklares målingerne med, at der ved sammenstødet mellem tunge ioner (guld ved RHIC) dannes et kvark-gluon-plasma, og partiklerne skydes ud af dette kvark-gluon-plasma i to retninger. Det giver anledning til "ryggen" - som ved RHIC-forsøgene var endnu mere tydelig end målinger ved CMS/LHC.

Christine Nattrass bemærker, at der i forbindelse med proton-proton-sammenstød ikke forventes dannet et kvark-gluon-plasma - hverken temperatur, tryk eller antallet af kvarks og gluoner burde være høje nok hertil. Derfor er ryggen så overraskende.

Guido Tonelli vil kun sige, at der kræves flere data, før fysikerne kan analysere sig frem til, hvad der egentligt foregår.

Fra protoner til blyioner

Ifølge Christine Nattrass har Michael Lisa fra Ohio State University foreslået, at der kan være tale om en kollektiv bevægelse af partikler i proton-proton-kollisioner, som det også sker ved kollisioner mellem tunge ioner.

»Det vil være en enorm opdagelse,« skriver Christine Nattrass.

LHC fortsætter med protonkørsel til udgangen af oktober. Herefter skifter man over til blyioner for resten af året.

Det sker netop med henblik på at danne et kvark-gluon som ved RHIC, men ved endnu højere energi. Alice, som er en af de fire hoveddetektorer ved LHC, er designet til at fortage sådanne målinger.

Dokumentation

Scientific Summary of CMS Paper

Kommentarer (0)