Pár hónapos szünet után ismét dolgozik az amerikai RHIC részecskegyorsító

2020. márciusában leállt a rendszer, ám június 16-án újra folytatódhatott a STAR kísérlet adatfelvétele is, részben távmunkában: két fő a helyszínen, egy pedig távolról, videokonferencia-szoftver segítségével dolgozik. Az egyik első online adatfelvevő a Csanád Máté vezette magyar kutatócsoport tagja – olvasható az ELTE weboldalán.

A New York-i Relativisztikus Nehézion-ütköztető (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC) több kilométeres gyűrűiben hatalmas energiára gyorsított atommagokat (nehézionokat) ütköztetnek egymással. A létrejött hatalmas energiasűrűségnek köszönhetően az atommagok anyaga a megszokottól egészen eltérően viselkedik: a protonok és a neutronok megolvadhatnak, egy új, utoljára a Világegyetem születésekor jelen lévőhöz hasonló közeget, a kvark-gluon plazmát, avagy kvarkanyagot létrehozva. Ez a közeg a másodperc töredéke alatt tágulni és hűlni kezd, majd hagyományos anyaggá „fagy”, és jól ismert részecskék formájában észlelhető lesz. Az ütközésekben az anyag olyan állapota jön létre, amilyen a Világegyetem létrejöttekor, néhány mikromásodperccel a Nagy Bumm után uralkodott. Emiatt a nagyenergiás gyorsítókban zajló nehézion-ütközéseket – a bennük uralkodó óriási energiasűrűség és hőmérséklet miatt – Kis Bummnak is nevezhetjük.

A kutatások egyik fő kérdése jelenleg az, hogy milyen jellegű az átmenet, azaz hogyan tér vissza a kvarkanyag a hagyományos formájába, miként történik a kifagyás. Elméleti és kísérleti eredmények szerint az átalakulás folytonos jellegű, mint a víz-gőz átmenet nagyon nagy nyomás esetén. Mindez a RHIC alapértelmezett ütközési energiája esetén igaz. Kisebb ütközési energia esetén azonban a várakozások szerint megváltoznak a körülmények, és elsőrendű fázisátmenetre kerülhet sor – amilyen a víz-gőz átmenet normál légköri nyomáson. További sejtés az, hogy a kvark- és a „hagyományos” fázist elválasztó, elsőrendű fázisátmenetet kijelölő határvonal egy kritikus pontban ér véget. A RHIC gyorsító STAR kísérletének célja, hogy a fázistér minél szélesebb tartományait vizsgálva a kritikus pont nyomait keresse, illetve a kritikus pont felfedezése esetén annak tulajdonságait meghatározza. 2019-ben és 2020-ban az említett alapértelmezett ütközési energiát tizedére csökkentették, és ennél is kisebb energiájú, úgynevezett rögzített céltárgyas (ahol nem két nyaláb ütközik, hanem egy nyaláb talál el egy céltárgyat) kísérleteket is terveztek végezni.

Az ELTE STAR-Magyarország kutatócsoportjának tagjai (Csanád Máté, Kincses Dániel, Ayon Mukherjee, Nagy Márton, Pintér Roland és Srikanta Tripathy) 2019 tavaszán bekapcsolódtak a mérésekbe, 2020. májusban pedig egy hónapot terveztek a BNL-ben tölteni, hogy a kísérletekben részt vegyenek. A koronavírus-járvány azonban közbeszólt, azonban júniusban a RHIC is újraindulhatott, június 16-án pedig elkezdődött a STAR adatfelvétele. A márciusban kidolgozott online adatfelvétel lehetőségére támaszkodva két fő lehet jelen a kísérletnél, további egy fő online csatlakozással segíti a mérést.

Az ELTE kutatói mindjárt az első adatfelvételi csapatban részt vettek, a legelső online adatfelvevői pozíciót Ayon Mukherjee, az ELTE posztdoktori kutatója töltötte be, a csoport többi tagja a későbbiekben csatlakozhat az adatfelvételbe. A 2020-ban felvett adatok segítségével remélhetőleg közelebb kerülünk ahhoz a kérdéshez, hogy a kvarkanyag fázisdiagramján létezik-e kritikus pont.

„Izgalmas idők ezek a nagyenergiás mag- és részecskefizikában: a RHIC új programja nemsokára választ adhat a kvarkanyag és a maganyag fázisdiagramjával kapcsolatban fennálló nyitott kérdésekre; de több új gyorsító is épül ezen kérdések vizsgálatára: a németországi FAIR, Oroszországban a NICA és Japánban a J-PARC HI berendezések is nemsokára bekapcsolódnak a kutatásokba. Most a járvány miatt mindenkinek kicsit elterelődött a figyelme ezekről a kutatásokról, annál nagyobb öröm, hogy újra indulhattak a kísérletek” – mondja Csanád Máté fizikus, az ELTE Atomfizikai Tanszék egyetemi docense, akinek segítségével az ELTE TDK-zó diákjai a brookhaveni RHIC gyorsítóhoz, illetve a CERN hasonló berendezéseihez is eljuthatnak munkájuk során, és a szakterület legismertebb kutatóival dolgozhatnak együtt.