Signaler från ”urmateria”fortfarande svårtolkade
I vissa fysiklaboratorier söker man återskapa de förhållanden som rådde omedelbart efter Big Bang, universums födelseögonblick. Men i mycket liten skala – som ett ”mini-Bang”- genom att låta atomkärnor av guld kollidera. Då bör kvark-gluonplasma uppstå, ett förstadium till de elementarpartiklar som nu existerar. Men har lyckats hitta denna ”urmateria”? Svaret skiftar efter hur man tolkar signalerna efter kollisionerna. I en doktorsavhandling från Fysiska institutionen analyseras resultat från världens mest kraftfulla atomkärnekolliderare.
Den heter RHIC och finns på Brookhaven National Lab på Long Island utanför New York. Fysiker från Lund har varit med och byggt delar av PHENIX, en detektor som mäter de skurar av partiklar som varje kollision ger upphov till. I mer än trettio år har man gjort sådana här experiment och uppnått allt högre förtätning av energi och allt högre temperaturer i det oerhört lilla kollisionsområdet. Henrik Tydesjö från Avd f högenergifysik i Lund har arbetat vid PHENIX och diskuterar de resultat som uppnåtts.
Kvarkar är materiens allra minsta beståndsdelar och gluoner är partiklar genom vilka kvarkarna växelverkar med varandra. Atomkärnans protoner och neutroner består av kvarkar men för att dessa ska kunna uppträda i fri form krävs mycket höga energier. Sådana rådde efter Big Bang. Då bestod världsalltet av ett plasma av kvarkar och gluoner. Men bara i ca en hundratusendels sekund! Sedan bands kvarkarna i protoner, neutroner och andra elemenarpartiklar.
– Det kvark-gluonplasma som uppstår vid experimenten har ännu kortare livstid, säger Henrik Tydesjö. Det är omöjligt att registrera det direkt utan man måste leta efter spår i de processer som inträffar bråkdelar av sekunder senare. Och man har genom åren följt flera olika slags spår.
1999 lancerades en ny idé. Kvarkar har mindre elektriska laddningar – såväl positiva som negativa – än de elementarpartiklar de bygger upp.
– Man mäter den sammanlagda laddningen – nettoladdningen – hos de partiklar som registreras i ett begränsat område av detektorn, förklarar Henrik Tydesjö. Genom att studera hur detta värde fluktuerar mellan olika kollisioner kan man fastställa huruvida det dessförinnan funnits fria eller bundna kvarkar i området. Ett plasma ger lägre fluktuationer.
– Mina undersökningar av mätresultaten vid PHENIX visar att laddningsfluktuationerna verkligen är mindre än vad som kan förväntas från vanlig materia.
– Kollisionerna mellan atomkärnorna är inte alltid rena frontalkollisioner. I min studie har jag noterat att ju mer ”centraliserade” kollisionerna är desto mindre är också fluktuationerna. Detta är precis vad man kan förvänta sig då man har lyckats skapa ett kvark-gluonplasma.
– Många resultat från experimenten är svårtolkade, men en majoritet av dem som forskar på det här området anser att man redan har lyckats framställa kvark-gluonplasma och påvisa det. Även jag anser att bevisen är övertygande. Inom en tioårsperiod har vi säkert nått full visshet – om inte förr så när en ännu kraftfullare maskin – LHC – står färdig att användas vid CERN i Genève, slutar Henrik Tydesjö.
Kontaktinformation
Henrik Tydesjö nås på tel 0708 85 14 96. Han disputerar torsdagen den 7 oktober. Hans doktorsavhandling heter Net-Charge Fluctuations in Ultra-Relativistic Nucleus-Nucleus Collisions.
