大型强子对撞机的最新重离子再现条件夸克-胶子等离子体早期宇宙的运行

伊利诺斯州大学的教授安妮镰刀让阿特拉斯的重离子工作组

Siv Schwink
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几个上百万第二大爆炸后不久,宇宙充满了极热,密集的汤的基本粒子以接近光速的速度移动。夸克-胶子等离子体(QGP),因为它主要是由夸克和胶子,只能重新创建和研究在粒子加速器中,高能碰撞的重离子如金或铅。

11月初,欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机(LHC)在瑞士开始了它的第一次铅同位素运行自2015年以来,本赛季的最终运行在长期关闭加速器升级。梁的铅原子核(已经剥夺了它们的电子)相撞时以5.02电子伏特的能量在运行三个半周。

的铅原子核组成208质子和中子,反过来则主要由夸克和胶子。当416年的质子和中子的两个铅原子核撞在一起,它们构成了一个小火球,“融化”变成一个非常短暂的QGP的一切,科学家已经知道这是一个近乎完美的流体粘度小。但火球冷却很快,夸克和胶子重组成普通物质,在各个方向逃走了。这个碰撞碎片包含粒子如π介子和k中介子,这是由一个夸克和一个反夸克构成;质子和中子,由三个夸克构成;甚至大量的反质子和反中子,结合形成反原子的原子核一样沉重的氦。

科学家在四个实验的alice, ATLAS, CMS和LHCb-study QGP揭示一些关于物质的最基本的悬而未决的问题。每个实验都使用自己的探测器跟踪,阴谋,并有选择地记录碰撞的余波,看着QGP和随后的亚原子粒子的衰变路径。只有一小部分可以记录这些碰撞事件,然而,决定记录什么,扔掉一切与具体研究人员正试图回答的问题。

阿特拉斯集团是收集数据4.5 GB / s的速度在加速器积极运行,它为大约50%的总调度运行时。教授安妮镰刀伊利诺伊大学香槟分校的co-convener ATLAS实验的重离子工作组,与马丁Spousta布拉格查尔斯大学的教授。因此,镰刀和Spousta管理ATLAS实验的重离子分析策略,进而通知其“触发策略”-碰撞数据会自动保存进行分析。

“大多数的LHC提供与质子间的对撞,“镰刀指出。“我们是唯一的工作组在ATLAS实验中有不同的数据集,这使我们的独特的地位决定我们采取什么样的触发器。工作小组的发展和成熟自上次重离子运行三年前,现在我们要求更复杂的问题,建立在我们学到了什么。马丁和我60成员之间协调我们的工作组科学家从机构在全球范围内设计一个触发策略,最大限度地提高我们的物理在这个短期机会。触发计划平衡我们的物理目标,充分利用阿特拉斯的巨大功能选择和记录数据。

重离子运行期间,两个学生和一个博士后从镰刀的集团,以及镰刀,在欧洲核子研究中心,验证数据作为他们的行为会被记录下来。镰刀的研究小组在伊利诺斯州特别感兴趣jets-sprays基本粒子有巨大的动力。飞机发生当一个原子核内的夸克和胶子正面碰撞与另一个其他原子核内的夸克和胶子。

镰刀的组织发生了什么特别感兴趣的QGP轻夸克时飞机分散。

“有六个不同的夸克,”解释了镰刀。“光quarks-the向上,向下,奇怪的夸克是最丰富的,我们这些数据保存良好,但仍存在未解决的问题。例如,如果我们把这些轻夸克的动量,使他们通过QGP速度越来越快,最终他们想象一个移动太快他们甚至没有注意到他们正在经历QGP。但我们还没有看到他们——快,我们仍然看到大效果,令人费解。”

阿特拉斯的科学家重离子工作组也感兴趣看更大规模的夸克和当他们通过QGP移动很快。

夸克”更重和更少的大量产生,”她继续说。“他们是具有挑战性的研究出于这个原因,因为很难触发。我们设计了一个触发策略,仅仅需要保持更多的事件,我们将过滤出夸克之后。”

ATLAS工作组也感兴趣的属性表现出当重离子碰撞,经过近失弹。

“作为一个项目,我们也很感兴趣当细胞核不太打击对方,“镰刀评论。“如果你思考这些原子核,领导基金会的底部的元素周期表。我们毁掉所有的电子,所以每个核都有一个积极的82进料的,换句话说,每个铅原子核中有82个质子。原子核都有巨大的电磁场,当他们通过密切彼此,他们创造有趣的互动,不能在其他地方发生。”

一个令人惊讶的例子是两个光子的散射成两个光子,发现阿特拉斯集团在2017年8月发表在《华尔街日报》自然物理。

镰刀解释说,“我们不认为光子会与自己的东西,但我们发现他们可以。小姐附近的事件,导致核经过彼此和剥离photons-because通过交换光子电磁相互作用发生。不时地,两个光子碰撞和散射。我们的结果是第一个两个光子的散射的直接证据。我们观察到大约10事件使用以前的数据。与这些新数据我们感兴趣的跟进和改进前的精度测量。”

“也很有趣,虽然有点更远,“镰刀补充说,“这可能是一种寻找物理学标准模型之外。在重离子程序,我们的顶蓬程序使QGP并研究其属性。然而,很多人有兴趣在这个想法,重离子工作组内部和外部。光子碰撞和散射:也许他们可以创建暗物质,也许他们创建其他东西。我们不知道。这是有可能的,如果我们有更多的数据,我们可以找到更多的异国情调。我没有很高的期望在这个运行方面,但随着未来增加亮度,我希望我们的项目将努力扩大其在寻找新物理。”