Stopperóra gyanánt is szuperál az LHC

A világ legpontosabb stopperórájává válhat az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) részecskegyorsítója – demonstrálták számítógépes szimuláció segítségével a Bécsi Műszaki Egyetem kutatói.

A nagy hadronütköztetőben (LHC) végzett nehézion-ütköztetések során az eddigi legrövidebb fényimpulzusokat állíthatják elő, amelyek időtartama oly csekély, hogy nem mérhető a jelenlegi berendezésekkel. Osztrák kutatók  most egy olyan módszert dolgoztak ki, amellyel a regisztrálhatók lesznek ezek az impulzusok a CERN 2018-ban üzembe helyezendő új detektora segítségével – olvasható az egyetem honlapján.

A nagyon rövid időskálán történő eseményeket általában ultrarövid lézerimpulzusok segítségével mérik. Jelenleg ezeknek az impulzusok időtartama néhány attoszekundum, ami a másodperc milliomod részének a milliomod része.

„Ezeket a rekordokat hamarosan felülmúljuk, hiszen az LHC, vagy a Brookhaveni Nemzeti Laboratórium relativisztikus nehézion-ütköztetőjében (RHIC) sokmilliószor rövidebb impulzusok állíthatók elő" – hangsúlyozta Andreas Ipp, a Bécsi Műszaki Egyetem kutatója.

A CERN-ben az ALICE kísérletben csaknem fénysebességre gyorsított ólommagokat ütköztetnek. A karambolok során keletkező törmelékek szétspriccelnek az ütközés erejének köszönhetően születő új részecskékkel együtt. A kísérletben úgynevezett kvark-gluon plazma, azaz ősleves keletkezik, olyan forró anyag, amikor még a protonok és a neutronok is megolvadnak, alkotórészeik, a kvarkok és a gluonok pedig függetlenül mozoghatnak anélkül, hogy egymáshoz kapcsolódnának.

A részecskegyorsítóban keletkező kvark-gluon plazma fényimpulzusokat bocsát ki, amelyek értékes információval szolgálhatnak az anyagról. A hagyományos  mérési módszerek viszont túl lassúak, hogy észleljék a yoktoszekundumos (yoktoszekundum a másodperc kvadrilliomodik része) időskálán történő eseményeket.

„Ezért alkalmaztuk az eredetileg csillagászati mérésekre szolgáló Hanburry Brown-Twiss jelenséget, amikor a távoli csillagokból két különböző optikai teleszkópban észlelt fényrészecskék, fotonpárok közötti korrelációt vizsgálják, a módszerrel igen precízen kiszámítható a csillagok átmérője. A térbeli távolságok helyett a jelenség azonban időintervallumok mérésére is alkalmas" – hangsúlyozta Andreas Ipp, hozzátéve: számításai szerint a kvark-gluon plazma által kibocsátott yoktoszekundumos impulzusok észlelhetők Hanburry Brown-Twiss jelenség segítségével.

„Nehezen, de megoldható, ráadásul nem szükségesek kiegészítő drága detektorok, a célra megfelel az előreszórt részecskék regisztrálására szolgáló Forward kaloriméter, amelyet 2018-ban helyeznek üzembe a CERN-ben" – vélekedett a bécsi kutató.

A kvark-gluon plazma tanulmányozásán kívül a két fényimpulzuson alapuló eljárás a kvantumfizikában is teret nyerhet. „Az első impulzus megváltoztatja a vizsgálandó objektum állapotát, magát a változást pedig a röviddel azután kibocsátott második impulzussal lehet regisztrálni. A yoktoszekundumos fényimpulzusokkal olyan tartományokban végezhetünk kutatásokat, amelyek vizsgálatáról eddig nem is álmodhattunk" – összegezte Andreas Ipp.