XIII Festiwal Nauki/ Mały wielki wybuch - wykład prof. Białkowskiej

Cały świat naukowy - zwłaszcza fizycy i kosmolodzy - z utęsknieniem czeka na uruchomienie za kilka tygodni Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) pod Genewą.

Użycie w nim energii 30-krotnie większych od dotychczas stosowanych, pozwoli na lepsze niż kiedykolwiek wniknięcie do świata cząstek. Pierwsze wnioski będzie można wyciągnąć już po piętnastu minutach od rozpoczęcia pierwszego eksperymentu - mówiła prof. Helena Białkowska z Instytutu Problemów Jądrowych podczas wykładu "Mały wielki wybuch - zderzenia relatywistycznych jąder w poszukiwaniu nowego stanu materii". Spotkanie odbyło się w ramach warszawskiego XIII Festiwalu Nauki.

Jak wyjaśniała prof. Białkowska, relatywistyczne jony to jądra atomów całkowicie odarte z elektronów. Rozpędzane i zderzane w akceleratorze rozpadają się do stanu, jaki istniał miliardy lat temu, gdy Wszechświat był jeszcze bardzo młody, bardzo gorący i bardzo gęsty. Jedna z hipotez zakłada, że w tamtym mikroświecie mogło dochodzić do przejść fazowych między jądrami a kwarkami i gluonami, na wzór przejść, jakie zachodzą obecnie w makroświecie (np. woda - lód - para wodna). Wiedzę na ten temat można zdobyć poprzez silne podgrzewanie lub silne zagęszczanie materii, dokonujące się w procesie zderzeń. W ten sposób w laboratorium cofamy bieg czasu próbując zajrzeć do bardzo wczesnych faz ewolucji Wszechświata.

LHC dysponuje dziś nieosiągalnymi wcześniej energiami rzędu stu kilkudziesięciu gigaelektronowoltów. Stosuje się w nim dwa rodzaje zderzeń: wiązka-tarcza lub wiązka-wiązka. Co mierzymy tak naprawdę w eksperymentach? Przede wszystkim krotność produkcji cząstek (ile torów zarejestrowały detektory). Ponadto zderzenia pozwalają na ustalenie m.in. składu "zapachowego" produkowanych cząstek (niedziwne, dziwne, powabne), gęstości netto rodziny cząstek zwanej barionami (ile barionów i ile antybarionów), widma pędów tych cząstek, gęstość produkcji leptonów (grupa 12 cząstek elementarnych), korelacje między wiązkami cząstek, zależność wiązek i reprezentowanych przez nie cząstek od emisji, centralności zderzenia, rodzaju jądra.

Dotychczasowa wiedza uzyskana w wyniku wcześniejszych eksperymentów pozwala m.in. na dokonanie oceny gęstości energii z krotności oraz widma pędu poprzecznego, obliczenia średniej liczby cząstek naładowanych na nukleon oraz na przykład potwierdzenia faktu, że dziwne cząstki są obficiej produkowane w centralnych zderzeniach jąder. Badając tzw. efekty kolektywne wiemy z kolei m.in., że gęsta gorąca materia zachowuje się jak płyn (efekt zwany flow).

Jak można się było dowiedzieć podczas wykładu, te i wiele innych wniosków przybliżają uczonych ku stwierdzeniu, że w przekształceniach materii wczesnego Wszechświata mogło dochodzić do przejść fazowych, ale mocnego na to dowodu, bez przeprowadzenia stosownych eksperymentów, jak dotąd nie mamy.

Pierwsze eksperymenty w LHC (październik-listopad) będą polegały na zderzaniu ze sobą protonów (wiązki przeciwbieżne). Potem przyjdzie pora na zderzanie cząstek lżejszych od ołowiu, a w roku 2010 - zderzaniu ze sobą jąder ołowiu. Najwcześniej, bo nieomal w kwadrans po przeprowadzeniu pierwszego eksperymentu da się ustalić krotność produkcji cząstek. Dalsze wnioski będą wymagać analiz i obliczeń, które potrwają miesiące, a może i lata.
Nauka w Polsce