Upload
ondrej-kasal
View
324
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Přednáška Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř
Citation preview
A Large Ion Collider Experiment
LHC
neniacute pouze
Large Hadron Collider
ALICE
ATLAS
CMS
LHCb
Alenkav
krajině velmi horkeacute a husteacute jaderneacute hmotya na počaacutetku našeho vesmiacuteru
1 Uacutevod
2 Superhorkeacute a superhusteacute stavy hmoty
21 Nejteplejšiacute a nejhustšiacute hmota v laboratoři 22 Stavovaacute rovnice takoveacute hmoty 23 Faacutezoveacute přechody
3 Horkeacute kvark-gluonoveacute plazma ndash počaacutetek vesmiacuteru
31 Co to je a jak jej zkoumat
32 Podařilo se je prokaacutezat 33 V čem se lišiacute skutečnost od předpovědi
4 Alenka na cestě k počaacutetkům vesmiacuteru
41 Urychlovač LHC a experiment ALICE 42 Jak ALICE vypadaacute
5 Zaacutevěr
Vladimiacuter Wagner
Uacutestav jaderneacute fyziky AVČR 250 68 Řež E_mail WAGNERUJFCASCZ WWW hpujfcascz~wagner
bdquoDiacuteky posledniacutem pokrokům se v ohnisku pozornosti ocitly noveacute zaacutehady Tyacutekajiacute se onoho prvniacuteho pranepatrneacuteho zlomečku sekundy po velkeacutem třesku kdy vlaacutedly natolik extreacutemniacute podmiacutenky že fyziku jež tehdy platila prozatiacutem neznaacuteme Během tohoto počaacutetečniacuteho okamžiku bylo všechno stlačeno na tak nezměrně vysokou hustotu že se v niacute kosmos a mikrosvět proliacutenaly v jednomldquo Martin Rees bdquoPouhyacutech šest čiacuteselrdquo
Czech teachers program 032008CERN
Budovanyacute urychlovač LHC
Proč Studium hmoty existujiacuteciacute ve vesmiacuteru Pochopeniacute fundamentaacutelniacutech vlastnostiacute silnyacutech interakciacute a vakua
Dosaženaacute teplota ~ 180 MeV = 21times1012 K
Dosaženaacute hustota ~ 4 ρ0 ~ 1018 kgm3
Jak Urychlovač ndash produkce husteacute a horkeacute hmoty (možnost prokaacutezal urychlovač BEVALAC) Experimentaacutelniacute zařiacutezeniacute ndash studium teacuteto hmoty
Soustava s neutronovou hvěz-dou v představaacutech maliacuteře
RHIC a LHC jsou kuchyně pro vařeniacute kvark-gluonoveacute poleacutevky
80 leacuteta ndash začaacutetek studia horkeacute a husteacute hadronoveacute hmotyZačaacutetek 21 stoletiacute ndash studium kvark- gluonoveacuteho plazmatu
Jak ziacuteskat nejhustšiacute a nejteplejšiacute hmotu v laboratoři
Složeniacute hmoty
Hmota je složena z čaacutestic - mezi nimi působiacute interakce
Důležiteacute naacutestroje pro popis mikrosvěta
1) Speciaacutelniacute teorie relativity - rychlosti bliacutezkeacute rychlosti světla kinetickaacute energie srovnatelnaacute s klidovou2) Kvantovaacute fyzika - velmi maleacute hodnoty veličin kvantovyacute a pravděpodobnostniacute charakter Heisenbergův princip neurčitosti
Atomovaacute fyzika fyzikaacutelniacute chemie
Jadernaacute fyzika
Fyzika elementaacuterniacutech čaacutestic
Superstrunoveacute teorie (rozměr 10-35 m)
Hustota vody 103 kgm3 Hustota jaacutedra ~1018 kgm3RATOMRJAacuteDRO ~ 105 rarr VATOMVJAacuteDRO ~ 1015
Stavovaacute rovnice ndash faacuteze jaderneacute hmoty
EA = f(P) = f(ρT) bdquoměkkaacuteldquo jakopružnaacute guma
vodaled
paacutera
plazma
bdquotvrdaacuteldquo jako ocelovaacute koule
atomoveacute jaacutedro nitro neutro-
novyacutech hvězd
jadernaacute sraacutežka
počaacutetek vesmiacuteru
Jak měřit teplotu
Jak měřit tlak
1) Energetickeacute spektrum vyzařovanyacutech čaacutestic2) Poměr mezi produkciacute různyacutech izotopů nebo čaacutestic3) Spektra brzdnyacutech fotonů
Jak určit transformovanou kinetickou energii
1) Určeniacute počtu produkovanyacutech čaacutestic2) Ztracenaacute kinetickaacute energie v podeacutelneacutem směru3) Různaacute centralita sraacutežky rarr různaacute velikost přeměněneacute energie
Velikost kolektivniacutech toků jaderneacute hmoty
Jak určit hustotu
Jak měřit rychlost rozpiacutenaacuteniacute a rozměr
1) Dopplerův posuv v energetickyacutech spektrech vyzařovanyacutech čaacutestic2) Interferometrie identickyacutech čaacutestic
1) Určeniacute rozměru a jeho změny v předchoziacutem přiacutepadě a znalost celkoveacute hmotnosti a energie
Rozděleniacute nukleonů při sraacutežce Kolektivniacute toky nukleonů
Faacutezovyacute přechod jaderneacute kapaliny v hadronovyacute plyn
Faacutezoveacute přechody jaderneacute hmoty a vody (H2O) a tvar přiacuteslušnyacutech potenciaacutelů
Ohřiacutevanaacute voda
Ohřiacutevanaacute jadernaacute hmota
Velmi horkaacute jadernaacute hmota ndash počaacutetek našeho vesmiacuteru
10 μs = 10-5s
Kvark-gluonoveacute plazma
Hadronovaacute hmota
3 min = 18102 s
Atomovaacute jaacutedra ndash vodiacutek helium a trochu těžšiacutech jader
V pozdějšiacute faacutezi jen nejlehčiacute baryony ndash proton a neutron
1 ps = 10-12s
400 000 let ~ 1013sReliktniacute zaacuteřeniacute
neutronoveacute hvězdy
rann
yacute vesmiacuter
Tep
lota
[10
12 o C
]
1
2
0 1 Baryonovaacute hustota [ρ0]
Novaacute forma jaderneacute hmoty - kvark-gluonoveacute plazma
V normaacutelniacutem prostřediacute jsou barevneacute kvarky uvězněny v hadronech silnou interakciacute zprostředkovanou gluony
Uvězněniacute a asymptotickaacute volnost kvarků jsou zaacutekladniacute vlastnostiacute kvantoveacute chromodynamiky ndash teorie silnyacutech interakciacute
David J Gross H David Politzer a Frank Wilczek ndash Nobelova cena za fyziku 2004 praacutevě za studium silneacute interakce a roli asymptotickeacute volnosti
kvark-gluonoveacute
plazma
Při vysokeacute hustotě energie vysokeacute teplotě či hustotě ndash uvolněniacute kvarků z hadronů velkaacute hustota gluonů rarr kvark-gluonoveacute plazma
Frank Wilczek
Sraacutežky jader na urychlovačiET gt 10 GeVn
Velkyacute třeskv čase kratšiacutem než 10 μs
1 podmiacutenka ndash kvarky a gluony nejsou vaacutezaacuteny v hadronech
2 podmiacutenka ndash nastoleniacute termodynamickeacute rovnovaacutehy
3 podmiacutenka - nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie
Prvniacute předpověď v roce 1975 naacutezev zavedl EV Shuryak
Systeacutem složenyacute z volnyacutech kvarků a gluonů nachaacutezejiacuteciacute se v termodynamickeacute rovnovaacuteze
Hustota energie 1 GeVfm3 T = 180 MeV (211012 K)hustota charakteristickyacute objem hadronů 1- 3 fm3 harr několik hadronů
NUTNEacute
NENIacute NUTNO
NENIacute NUTNO
hadronovaacute hmota kvark-gluonoveacute plazma
Jednotka1 GeV = 1610-10Jklidovaacute hmotnostprotonu
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Alenkav
krajině velmi horkeacute a husteacute jaderneacute hmotya na počaacutetku našeho vesmiacuteru
1 Uacutevod
2 Superhorkeacute a superhusteacute stavy hmoty
21 Nejteplejšiacute a nejhustšiacute hmota v laboratoři 22 Stavovaacute rovnice takoveacute hmoty 23 Faacutezoveacute přechody
3 Horkeacute kvark-gluonoveacute plazma ndash počaacutetek vesmiacuteru
31 Co to je a jak jej zkoumat
32 Podařilo se je prokaacutezat 33 V čem se lišiacute skutečnost od předpovědi
4 Alenka na cestě k počaacutetkům vesmiacuteru
41 Urychlovač LHC a experiment ALICE 42 Jak ALICE vypadaacute
5 Zaacutevěr
Vladimiacuter Wagner
Uacutestav jaderneacute fyziky AVČR 250 68 Řež E_mail WAGNERUJFCASCZ WWW hpujfcascz~wagner
bdquoDiacuteky posledniacutem pokrokům se v ohnisku pozornosti ocitly noveacute zaacutehady Tyacutekajiacute se onoho prvniacuteho pranepatrneacuteho zlomečku sekundy po velkeacutem třesku kdy vlaacutedly natolik extreacutemniacute podmiacutenky že fyziku jež tehdy platila prozatiacutem neznaacuteme Během tohoto počaacutetečniacuteho okamžiku bylo všechno stlačeno na tak nezměrně vysokou hustotu že se v niacute kosmos a mikrosvět proliacutenaly v jednomldquo Martin Rees bdquoPouhyacutech šest čiacuteselrdquo
Czech teachers program 032008CERN
Budovanyacute urychlovač LHC
Proč Studium hmoty existujiacuteciacute ve vesmiacuteru Pochopeniacute fundamentaacutelniacutech vlastnostiacute silnyacutech interakciacute a vakua
Dosaženaacute teplota ~ 180 MeV = 21times1012 K
Dosaženaacute hustota ~ 4 ρ0 ~ 1018 kgm3
Jak Urychlovač ndash produkce husteacute a horkeacute hmoty (možnost prokaacutezal urychlovač BEVALAC) Experimentaacutelniacute zařiacutezeniacute ndash studium teacuteto hmoty
Soustava s neutronovou hvěz-dou v představaacutech maliacuteře
RHIC a LHC jsou kuchyně pro vařeniacute kvark-gluonoveacute poleacutevky
80 leacuteta ndash začaacutetek studia horkeacute a husteacute hadronoveacute hmotyZačaacutetek 21 stoletiacute ndash studium kvark- gluonoveacuteho plazmatu
Jak ziacuteskat nejhustšiacute a nejteplejšiacute hmotu v laboratoři
Složeniacute hmoty
Hmota je složena z čaacutestic - mezi nimi působiacute interakce
Důležiteacute naacutestroje pro popis mikrosvěta
1) Speciaacutelniacute teorie relativity - rychlosti bliacutezkeacute rychlosti světla kinetickaacute energie srovnatelnaacute s klidovou2) Kvantovaacute fyzika - velmi maleacute hodnoty veličin kvantovyacute a pravděpodobnostniacute charakter Heisenbergův princip neurčitosti
Atomovaacute fyzika fyzikaacutelniacute chemie
Jadernaacute fyzika
Fyzika elementaacuterniacutech čaacutestic
Superstrunoveacute teorie (rozměr 10-35 m)
Hustota vody 103 kgm3 Hustota jaacutedra ~1018 kgm3RATOMRJAacuteDRO ~ 105 rarr VATOMVJAacuteDRO ~ 1015
Stavovaacute rovnice ndash faacuteze jaderneacute hmoty
EA = f(P) = f(ρT) bdquoměkkaacuteldquo jakopružnaacute guma
vodaled
paacutera
plazma
bdquotvrdaacuteldquo jako ocelovaacute koule
atomoveacute jaacutedro nitro neutro-
novyacutech hvězd
jadernaacute sraacutežka
počaacutetek vesmiacuteru
Jak měřit teplotu
Jak měřit tlak
1) Energetickeacute spektrum vyzařovanyacutech čaacutestic2) Poměr mezi produkciacute různyacutech izotopů nebo čaacutestic3) Spektra brzdnyacutech fotonů
Jak určit transformovanou kinetickou energii
1) Určeniacute počtu produkovanyacutech čaacutestic2) Ztracenaacute kinetickaacute energie v podeacutelneacutem směru3) Různaacute centralita sraacutežky rarr různaacute velikost přeměněneacute energie
Velikost kolektivniacutech toků jaderneacute hmoty
Jak určit hustotu
Jak měřit rychlost rozpiacutenaacuteniacute a rozměr
1) Dopplerův posuv v energetickyacutech spektrech vyzařovanyacutech čaacutestic2) Interferometrie identickyacutech čaacutestic
1) Určeniacute rozměru a jeho změny v předchoziacutem přiacutepadě a znalost celkoveacute hmotnosti a energie
Rozděleniacute nukleonů při sraacutežce Kolektivniacute toky nukleonů
Faacutezovyacute přechod jaderneacute kapaliny v hadronovyacute plyn
Faacutezoveacute přechody jaderneacute hmoty a vody (H2O) a tvar přiacuteslušnyacutech potenciaacutelů
Ohřiacutevanaacute voda
Ohřiacutevanaacute jadernaacute hmota
Velmi horkaacute jadernaacute hmota ndash počaacutetek našeho vesmiacuteru
10 μs = 10-5s
Kvark-gluonoveacute plazma
Hadronovaacute hmota
3 min = 18102 s
Atomovaacute jaacutedra ndash vodiacutek helium a trochu těžšiacutech jader
V pozdějšiacute faacutezi jen nejlehčiacute baryony ndash proton a neutron
1 ps = 10-12s
400 000 let ~ 1013sReliktniacute zaacuteřeniacute
neutronoveacute hvězdy
rann
yacute vesmiacuter
Tep
lota
[10
12 o C
]
1
2
0 1 Baryonovaacute hustota [ρ0]
Novaacute forma jaderneacute hmoty - kvark-gluonoveacute plazma
V normaacutelniacutem prostřediacute jsou barevneacute kvarky uvězněny v hadronech silnou interakciacute zprostředkovanou gluony
Uvězněniacute a asymptotickaacute volnost kvarků jsou zaacutekladniacute vlastnostiacute kvantoveacute chromodynamiky ndash teorie silnyacutech interakciacute
David J Gross H David Politzer a Frank Wilczek ndash Nobelova cena za fyziku 2004 praacutevě za studium silneacute interakce a roli asymptotickeacute volnosti
kvark-gluonoveacute
plazma
Při vysokeacute hustotě energie vysokeacute teplotě či hustotě ndash uvolněniacute kvarků z hadronů velkaacute hustota gluonů rarr kvark-gluonoveacute plazma
Frank Wilczek
Sraacutežky jader na urychlovačiET gt 10 GeVn
Velkyacute třeskv čase kratšiacutem než 10 μs
1 podmiacutenka ndash kvarky a gluony nejsou vaacutezaacuteny v hadronech
2 podmiacutenka ndash nastoleniacute termodynamickeacute rovnovaacutehy
3 podmiacutenka - nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie
Prvniacute předpověď v roce 1975 naacutezev zavedl EV Shuryak
Systeacutem složenyacute z volnyacutech kvarků a gluonů nachaacutezejiacuteciacute se v termodynamickeacute rovnovaacuteze
Hustota energie 1 GeVfm3 T = 180 MeV (211012 K)hustota charakteristickyacute objem hadronů 1- 3 fm3 harr několik hadronů
NUTNEacute
NENIacute NUTNO
NENIacute NUTNO
hadronovaacute hmota kvark-gluonoveacute plazma
Jednotka1 GeV = 1610-10Jklidovaacute hmotnostprotonu
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Budovanyacute urychlovač LHC
Proč Studium hmoty existujiacuteciacute ve vesmiacuteru Pochopeniacute fundamentaacutelniacutech vlastnostiacute silnyacutech interakciacute a vakua
Dosaženaacute teplota ~ 180 MeV = 21times1012 K
Dosaženaacute hustota ~ 4 ρ0 ~ 1018 kgm3
Jak Urychlovač ndash produkce husteacute a horkeacute hmoty (možnost prokaacutezal urychlovač BEVALAC) Experimentaacutelniacute zařiacutezeniacute ndash studium teacuteto hmoty
Soustava s neutronovou hvěz-dou v představaacutech maliacuteře
RHIC a LHC jsou kuchyně pro vařeniacute kvark-gluonoveacute poleacutevky
80 leacuteta ndash začaacutetek studia horkeacute a husteacute hadronoveacute hmotyZačaacutetek 21 stoletiacute ndash studium kvark- gluonoveacuteho plazmatu
Jak ziacuteskat nejhustšiacute a nejteplejšiacute hmotu v laboratoři
Složeniacute hmoty
Hmota je složena z čaacutestic - mezi nimi působiacute interakce
Důležiteacute naacutestroje pro popis mikrosvěta
1) Speciaacutelniacute teorie relativity - rychlosti bliacutezkeacute rychlosti světla kinetickaacute energie srovnatelnaacute s klidovou2) Kvantovaacute fyzika - velmi maleacute hodnoty veličin kvantovyacute a pravděpodobnostniacute charakter Heisenbergův princip neurčitosti
Atomovaacute fyzika fyzikaacutelniacute chemie
Jadernaacute fyzika
Fyzika elementaacuterniacutech čaacutestic
Superstrunoveacute teorie (rozměr 10-35 m)
Hustota vody 103 kgm3 Hustota jaacutedra ~1018 kgm3RATOMRJAacuteDRO ~ 105 rarr VATOMVJAacuteDRO ~ 1015
Stavovaacute rovnice ndash faacuteze jaderneacute hmoty
EA = f(P) = f(ρT) bdquoměkkaacuteldquo jakopružnaacute guma
vodaled
paacutera
plazma
bdquotvrdaacuteldquo jako ocelovaacute koule
atomoveacute jaacutedro nitro neutro-
novyacutech hvězd
jadernaacute sraacutežka
počaacutetek vesmiacuteru
Jak měřit teplotu
Jak měřit tlak
1) Energetickeacute spektrum vyzařovanyacutech čaacutestic2) Poměr mezi produkciacute různyacutech izotopů nebo čaacutestic3) Spektra brzdnyacutech fotonů
Jak určit transformovanou kinetickou energii
1) Určeniacute počtu produkovanyacutech čaacutestic2) Ztracenaacute kinetickaacute energie v podeacutelneacutem směru3) Různaacute centralita sraacutežky rarr různaacute velikost přeměněneacute energie
Velikost kolektivniacutech toků jaderneacute hmoty
Jak určit hustotu
Jak měřit rychlost rozpiacutenaacuteniacute a rozměr
1) Dopplerův posuv v energetickyacutech spektrech vyzařovanyacutech čaacutestic2) Interferometrie identickyacutech čaacutestic
1) Určeniacute rozměru a jeho změny v předchoziacutem přiacutepadě a znalost celkoveacute hmotnosti a energie
Rozděleniacute nukleonů při sraacutežce Kolektivniacute toky nukleonů
Faacutezovyacute přechod jaderneacute kapaliny v hadronovyacute plyn
Faacutezoveacute přechody jaderneacute hmoty a vody (H2O) a tvar přiacuteslušnyacutech potenciaacutelů
Ohřiacutevanaacute voda
Ohřiacutevanaacute jadernaacute hmota
Velmi horkaacute jadernaacute hmota ndash počaacutetek našeho vesmiacuteru
10 μs = 10-5s
Kvark-gluonoveacute plazma
Hadronovaacute hmota
3 min = 18102 s
Atomovaacute jaacutedra ndash vodiacutek helium a trochu těžšiacutech jader
V pozdějšiacute faacutezi jen nejlehčiacute baryony ndash proton a neutron
1 ps = 10-12s
400 000 let ~ 1013sReliktniacute zaacuteřeniacute
neutronoveacute hvězdy
rann
yacute vesmiacuter
Tep
lota
[10
12 o C
]
1
2
0 1 Baryonovaacute hustota [ρ0]
Novaacute forma jaderneacute hmoty - kvark-gluonoveacute plazma
V normaacutelniacutem prostřediacute jsou barevneacute kvarky uvězněny v hadronech silnou interakciacute zprostředkovanou gluony
Uvězněniacute a asymptotickaacute volnost kvarků jsou zaacutekladniacute vlastnostiacute kvantoveacute chromodynamiky ndash teorie silnyacutech interakciacute
David J Gross H David Politzer a Frank Wilczek ndash Nobelova cena za fyziku 2004 praacutevě za studium silneacute interakce a roli asymptotickeacute volnosti
kvark-gluonoveacute
plazma
Při vysokeacute hustotě energie vysokeacute teplotě či hustotě ndash uvolněniacute kvarků z hadronů velkaacute hustota gluonů rarr kvark-gluonoveacute plazma
Frank Wilczek
Sraacutežky jader na urychlovačiET gt 10 GeVn
Velkyacute třeskv čase kratšiacutem než 10 μs
1 podmiacutenka ndash kvarky a gluony nejsou vaacutezaacuteny v hadronech
2 podmiacutenka ndash nastoleniacute termodynamickeacute rovnovaacutehy
3 podmiacutenka - nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie
Prvniacute předpověď v roce 1975 naacutezev zavedl EV Shuryak
Systeacutem složenyacute z volnyacutech kvarků a gluonů nachaacutezejiacuteciacute se v termodynamickeacute rovnovaacuteze
Hustota energie 1 GeVfm3 T = 180 MeV (211012 K)hustota charakteristickyacute objem hadronů 1- 3 fm3 harr několik hadronů
NUTNEacute
NENIacute NUTNO
NENIacute NUTNO
hadronovaacute hmota kvark-gluonoveacute plazma
Jednotka1 GeV = 1610-10Jklidovaacute hmotnostprotonu
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Složeniacute hmoty
Hmota je složena z čaacutestic - mezi nimi působiacute interakce
Důležiteacute naacutestroje pro popis mikrosvěta
1) Speciaacutelniacute teorie relativity - rychlosti bliacutezkeacute rychlosti světla kinetickaacute energie srovnatelnaacute s klidovou2) Kvantovaacute fyzika - velmi maleacute hodnoty veličin kvantovyacute a pravděpodobnostniacute charakter Heisenbergův princip neurčitosti
Atomovaacute fyzika fyzikaacutelniacute chemie
Jadernaacute fyzika
Fyzika elementaacuterniacutech čaacutestic
Superstrunoveacute teorie (rozměr 10-35 m)
Hustota vody 103 kgm3 Hustota jaacutedra ~1018 kgm3RATOMRJAacuteDRO ~ 105 rarr VATOMVJAacuteDRO ~ 1015
Stavovaacute rovnice ndash faacuteze jaderneacute hmoty
EA = f(P) = f(ρT) bdquoměkkaacuteldquo jakopružnaacute guma
vodaled
paacutera
plazma
bdquotvrdaacuteldquo jako ocelovaacute koule
atomoveacute jaacutedro nitro neutro-
novyacutech hvězd
jadernaacute sraacutežka
počaacutetek vesmiacuteru
Jak měřit teplotu
Jak měřit tlak
1) Energetickeacute spektrum vyzařovanyacutech čaacutestic2) Poměr mezi produkciacute různyacutech izotopů nebo čaacutestic3) Spektra brzdnyacutech fotonů
Jak určit transformovanou kinetickou energii
1) Určeniacute počtu produkovanyacutech čaacutestic2) Ztracenaacute kinetickaacute energie v podeacutelneacutem směru3) Různaacute centralita sraacutežky rarr různaacute velikost přeměněneacute energie
Velikost kolektivniacutech toků jaderneacute hmoty
Jak určit hustotu
Jak měřit rychlost rozpiacutenaacuteniacute a rozměr
1) Dopplerův posuv v energetickyacutech spektrech vyzařovanyacutech čaacutestic2) Interferometrie identickyacutech čaacutestic
1) Určeniacute rozměru a jeho změny v předchoziacutem přiacutepadě a znalost celkoveacute hmotnosti a energie
Rozděleniacute nukleonů při sraacutežce Kolektivniacute toky nukleonů
Faacutezovyacute přechod jaderneacute kapaliny v hadronovyacute plyn
Faacutezoveacute přechody jaderneacute hmoty a vody (H2O) a tvar přiacuteslušnyacutech potenciaacutelů
Ohřiacutevanaacute voda
Ohřiacutevanaacute jadernaacute hmota
Velmi horkaacute jadernaacute hmota ndash počaacutetek našeho vesmiacuteru
10 μs = 10-5s
Kvark-gluonoveacute plazma
Hadronovaacute hmota
3 min = 18102 s
Atomovaacute jaacutedra ndash vodiacutek helium a trochu těžšiacutech jader
V pozdějšiacute faacutezi jen nejlehčiacute baryony ndash proton a neutron
1 ps = 10-12s
400 000 let ~ 1013sReliktniacute zaacuteřeniacute
neutronoveacute hvězdy
rann
yacute vesmiacuter
Tep
lota
[10
12 o C
]
1
2
0 1 Baryonovaacute hustota [ρ0]
Novaacute forma jaderneacute hmoty - kvark-gluonoveacute plazma
V normaacutelniacutem prostřediacute jsou barevneacute kvarky uvězněny v hadronech silnou interakciacute zprostředkovanou gluony
Uvězněniacute a asymptotickaacute volnost kvarků jsou zaacutekladniacute vlastnostiacute kvantoveacute chromodynamiky ndash teorie silnyacutech interakciacute
David J Gross H David Politzer a Frank Wilczek ndash Nobelova cena za fyziku 2004 praacutevě za studium silneacute interakce a roli asymptotickeacute volnosti
kvark-gluonoveacute
plazma
Při vysokeacute hustotě energie vysokeacute teplotě či hustotě ndash uvolněniacute kvarků z hadronů velkaacute hustota gluonů rarr kvark-gluonoveacute plazma
Frank Wilczek
Sraacutežky jader na urychlovačiET gt 10 GeVn
Velkyacute třeskv čase kratšiacutem než 10 μs
1 podmiacutenka ndash kvarky a gluony nejsou vaacutezaacuteny v hadronech
2 podmiacutenka ndash nastoleniacute termodynamickeacute rovnovaacutehy
3 podmiacutenka - nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie
Prvniacute předpověď v roce 1975 naacutezev zavedl EV Shuryak
Systeacutem složenyacute z volnyacutech kvarků a gluonů nachaacutezejiacuteciacute se v termodynamickeacute rovnovaacuteze
Hustota energie 1 GeVfm3 T = 180 MeV (211012 K)hustota charakteristickyacute objem hadronů 1- 3 fm3 harr několik hadronů
NUTNEacute
NENIacute NUTNO
NENIacute NUTNO
hadronovaacute hmota kvark-gluonoveacute plazma
Jednotka1 GeV = 1610-10Jklidovaacute hmotnostprotonu
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Stavovaacute rovnice ndash faacuteze jaderneacute hmoty
EA = f(P) = f(ρT) bdquoměkkaacuteldquo jakopružnaacute guma
vodaled
paacutera
plazma
bdquotvrdaacuteldquo jako ocelovaacute koule
atomoveacute jaacutedro nitro neutro-
novyacutech hvězd
jadernaacute sraacutežka
počaacutetek vesmiacuteru
Jak měřit teplotu
Jak měřit tlak
1) Energetickeacute spektrum vyzařovanyacutech čaacutestic2) Poměr mezi produkciacute různyacutech izotopů nebo čaacutestic3) Spektra brzdnyacutech fotonů
Jak určit transformovanou kinetickou energii
1) Určeniacute počtu produkovanyacutech čaacutestic2) Ztracenaacute kinetickaacute energie v podeacutelneacutem směru3) Různaacute centralita sraacutežky rarr různaacute velikost přeměněneacute energie
Velikost kolektivniacutech toků jaderneacute hmoty
Jak určit hustotu
Jak měřit rychlost rozpiacutenaacuteniacute a rozměr
1) Dopplerův posuv v energetickyacutech spektrech vyzařovanyacutech čaacutestic2) Interferometrie identickyacutech čaacutestic
1) Určeniacute rozměru a jeho změny v předchoziacutem přiacutepadě a znalost celkoveacute hmotnosti a energie
Rozděleniacute nukleonů při sraacutežce Kolektivniacute toky nukleonů
Faacutezovyacute přechod jaderneacute kapaliny v hadronovyacute plyn
Faacutezoveacute přechody jaderneacute hmoty a vody (H2O) a tvar přiacuteslušnyacutech potenciaacutelů
Ohřiacutevanaacute voda
Ohřiacutevanaacute jadernaacute hmota
Velmi horkaacute jadernaacute hmota ndash počaacutetek našeho vesmiacuteru
10 μs = 10-5s
Kvark-gluonoveacute plazma
Hadronovaacute hmota
3 min = 18102 s
Atomovaacute jaacutedra ndash vodiacutek helium a trochu těžšiacutech jader
V pozdějšiacute faacutezi jen nejlehčiacute baryony ndash proton a neutron
1 ps = 10-12s
400 000 let ~ 1013sReliktniacute zaacuteřeniacute
neutronoveacute hvězdy
rann
yacute vesmiacuter
Tep
lota
[10
12 o C
]
1
2
0 1 Baryonovaacute hustota [ρ0]
Novaacute forma jaderneacute hmoty - kvark-gluonoveacute plazma
V normaacutelniacutem prostřediacute jsou barevneacute kvarky uvězněny v hadronech silnou interakciacute zprostředkovanou gluony
Uvězněniacute a asymptotickaacute volnost kvarků jsou zaacutekladniacute vlastnostiacute kvantoveacute chromodynamiky ndash teorie silnyacutech interakciacute
David J Gross H David Politzer a Frank Wilczek ndash Nobelova cena za fyziku 2004 praacutevě za studium silneacute interakce a roli asymptotickeacute volnosti
kvark-gluonoveacute
plazma
Při vysokeacute hustotě energie vysokeacute teplotě či hustotě ndash uvolněniacute kvarků z hadronů velkaacute hustota gluonů rarr kvark-gluonoveacute plazma
Frank Wilczek
Sraacutežky jader na urychlovačiET gt 10 GeVn
Velkyacute třeskv čase kratšiacutem než 10 μs
1 podmiacutenka ndash kvarky a gluony nejsou vaacutezaacuteny v hadronech
2 podmiacutenka ndash nastoleniacute termodynamickeacute rovnovaacutehy
3 podmiacutenka - nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie
Prvniacute předpověď v roce 1975 naacutezev zavedl EV Shuryak
Systeacutem složenyacute z volnyacutech kvarků a gluonů nachaacutezejiacuteciacute se v termodynamickeacute rovnovaacuteze
Hustota energie 1 GeVfm3 T = 180 MeV (211012 K)hustota charakteristickyacute objem hadronů 1- 3 fm3 harr několik hadronů
NUTNEacute
NENIacute NUTNO
NENIacute NUTNO
hadronovaacute hmota kvark-gluonoveacute plazma
Jednotka1 GeV = 1610-10Jklidovaacute hmotnostprotonu
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Jak měřit teplotu
Jak měřit tlak
1) Energetickeacute spektrum vyzařovanyacutech čaacutestic2) Poměr mezi produkciacute různyacutech izotopů nebo čaacutestic3) Spektra brzdnyacutech fotonů
Jak určit transformovanou kinetickou energii
1) Určeniacute počtu produkovanyacutech čaacutestic2) Ztracenaacute kinetickaacute energie v podeacutelneacutem směru3) Různaacute centralita sraacutežky rarr různaacute velikost přeměněneacute energie
Velikost kolektivniacutech toků jaderneacute hmoty
Jak určit hustotu
Jak měřit rychlost rozpiacutenaacuteniacute a rozměr
1) Dopplerův posuv v energetickyacutech spektrech vyzařovanyacutech čaacutestic2) Interferometrie identickyacutech čaacutestic
1) Určeniacute rozměru a jeho změny v předchoziacutem přiacutepadě a znalost celkoveacute hmotnosti a energie
Rozděleniacute nukleonů při sraacutežce Kolektivniacute toky nukleonů
Faacutezovyacute přechod jaderneacute kapaliny v hadronovyacute plyn
Faacutezoveacute přechody jaderneacute hmoty a vody (H2O) a tvar přiacuteslušnyacutech potenciaacutelů
Ohřiacutevanaacute voda
Ohřiacutevanaacute jadernaacute hmota
Velmi horkaacute jadernaacute hmota ndash počaacutetek našeho vesmiacuteru
10 μs = 10-5s
Kvark-gluonoveacute plazma
Hadronovaacute hmota
3 min = 18102 s
Atomovaacute jaacutedra ndash vodiacutek helium a trochu těžšiacutech jader
V pozdějšiacute faacutezi jen nejlehčiacute baryony ndash proton a neutron
1 ps = 10-12s
400 000 let ~ 1013sReliktniacute zaacuteřeniacute
neutronoveacute hvězdy
rann
yacute vesmiacuter
Tep
lota
[10
12 o C
]
1
2
0 1 Baryonovaacute hustota [ρ0]
Novaacute forma jaderneacute hmoty - kvark-gluonoveacute plazma
V normaacutelniacutem prostřediacute jsou barevneacute kvarky uvězněny v hadronech silnou interakciacute zprostředkovanou gluony
Uvězněniacute a asymptotickaacute volnost kvarků jsou zaacutekladniacute vlastnostiacute kvantoveacute chromodynamiky ndash teorie silnyacutech interakciacute
David J Gross H David Politzer a Frank Wilczek ndash Nobelova cena za fyziku 2004 praacutevě za studium silneacute interakce a roli asymptotickeacute volnosti
kvark-gluonoveacute
plazma
Při vysokeacute hustotě energie vysokeacute teplotě či hustotě ndash uvolněniacute kvarků z hadronů velkaacute hustota gluonů rarr kvark-gluonoveacute plazma
Frank Wilczek
Sraacutežky jader na urychlovačiET gt 10 GeVn
Velkyacute třeskv čase kratšiacutem než 10 μs
1 podmiacutenka ndash kvarky a gluony nejsou vaacutezaacuteny v hadronech
2 podmiacutenka ndash nastoleniacute termodynamickeacute rovnovaacutehy
3 podmiacutenka - nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie
Prvniacute předpověď v roce 1975 naacutezev zavedl EV Shuryak
Systeacutem složenyacute z volnyacutech kvarků a gluonů nachaacutezejiacuteciacute se v termodynamickeacute rovnovaacuteze
Hustota energie 1 GeVfm3 T = 180 MeV (211012 K)hustota charakteristickyacute objem hadronů 1- 3 fm3 harr několik hadronů
NUTNEacute
NENIacute NUTNO
NENIacute NUTNO
hadronovaacute hmota kvark-gluonoveacute plazma
Jednotka1 GeV = 1610-10Jklidovaacute hmotnostprotonu
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Faacutezovyacute přechod jaderneacute kapaliny v hadronovyacute plyn
Faacutezoveacute přechody jaderneacute hmoty a vody (H2O) a tvar přiacuteslušnyacutech potenciaacutelů
Ohřiacutevanaacute voda
Ohřiacutevanaacute jadernaacute hmota
Velmi horkaacute jadernaacute hmota ndash počaacutetek našeho vesmiacuteru
10 μs = 10-5s
Kvark-gluonoveacute plazma
Hadronovaacute hmota
3 min = 18102 s
Atomovaacute jaacutedra ndash vodiacutek helium a trochu těžšiacutech jader
V pozdějšiacute faacutezi jen nejlehčiacute baryony ndash proton a neutron
1 ps = 10-12s
400 000 let ~ 1013sReliktniacute zaacuteřeniacute
neutronoveacute hvězdy
rann
yacute vesmiacuter
Tep
lota
[10
12 o C
]
1
2
0 1 Baryonovaacute hustota [ρ0]
Novaacute forma jaderneacute hmoty - kvark-gluonoveacute plazma
V normaacutelniacutem prostřediacute jsou barevneacute kvarky uvězněny v hadronech silnou interakciacute zprostředkovanou gluony
Uvězněniacute a asymptotickaacute volnost kvarků jsou zaacutekladniacute vlastnostiacute kvantoveacute chromodynamiky ndash teorie silnyacutech interakciacute
David J Gross H David Politzer a Frank Wilczek ndash Nobelova cena za fyziku 2004 praacutevě za studium silneacute interakce a roli asymptotickeacute volnosti
kvark-gluonoveacute
plazma
Při vysokeacute hustotě energie vysokeacute teplotě či hustotě ndash uvolněniacute kvarků z hadronů velkaacute hustota gluonů rarr kvark-gluonoveacute plazma
Frank Wilczek
Sraacutežky jader na urychlovačiET gt 10 GeVn
Velkyacute třeskv čase kratšiacutem než 10 μs
1 podmiacutenka ndash kvarky a gluony nejsou vaacutezaacuteny v hadronech
2 podmiacutenka ndash nastoleniacute termodynamickeacute rovnovaacutehy
3 podmiacutenka - nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie
Prvniacute předpověď v roce 1975 naacutezev zavedl EV Shuryak
Systeacutem složenyacute z volnyacutech kvarků a gluonů nachaacutezejiacuteciacute se v termodynamickeacute rovnovaacuteze
Hustota energie 1 GeVfm3 T = 180 MeV (211012 K)hustota charakteristickyacute objem hadronů 1- 3 fm3 harr několik hadronů
NUTNEacute
NENIacute NUTNO
NENIacute NUTNO
hadronovaacute hmota kvark-gluonoveacute plazma
Jednotka1 GeV = 1610-10Jklidovaacute hmotnostprotonu
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Velmi horkaacute jadernaacute hmota ndash počaacutetek našeho vesmiacuteru
10 μs = 10-5s
Kvark-gluonoveacute plazma
Hadronovaacute hmota
3 min = 18102 s
Atomovaacute jaacutedra ndash vodiacutek helium a trochu těžšiacutech jader
V pozdějšiacute faacutezi jen nejlehčiacute baryony ndash proton a neutron
1 ps = 10-12s
400 000 let ~ 1013sReliktniacute zaacuteřeniacute
neutronoveacute hvězdy
rann
yacute vesmiacuter
Tep
lota
[10
12 o C
]
1
2
0 1 Baryonovaacute hustota [ρ0]
Novaacute forma jaderneacute hmoty - kvark-gluonoveacute plazma
V normaacutelniacutem prostřediacute jsou barevneacute kvarky uvězněny v hadronech silnou interakciacute zprostředkovanou gluony
Uvězněniacute a asymptotickaacute volnost kvarků jsou zaacutekladniacute vlastnostiacute kvantoveacute chromodynamiky ndash teorie silnyacutech interakciacute
David J Gross H David Politzer a Frank Wilczek ndash Nobelova cena za fyziku 2004 praacutevě za studium silneacute interakce a roli asymptotickeacute volnosti
kvark-gluonoveacute
plazma
Při vysokeacute hustotě energie vysokeacute teplotě či hustotě ndash uvolněniacute kvarků z hadronů velkaacute hustota gluonů rarr kvark-gluonoveacute plazma
Frank Wilczek
Sraacutežky jader na urychlovačiET gt 10 GeVn
Velkyacute třeskv čase kratšiacutem než 10 μs
1 podmiacutenka ndash kvarky a gluony nejsou vaacutezaacuteny v hadronech
2 podmiacutenka ndash nastoleniacute termodynamickeacute rovnovaacutehy
3 podmiacutenka - nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie
Prvniacute předpověď v roce 1975 naacutezev zavedl EV Shuryak
Systeacutem složenyacute z volnyacutech kvarků a gluonů nachaacutezejiacuteciacute se v termodynamickeacute rovnovaacuteze
Hustota energie 1 GeVfm3 T = 180 MeV (211012 K)hustota charakteristickyacute objem hadronů 1- 3 fm3 harr několik hadronů
NUTNEacute
NENIacute NUTNO
NENIacute NUTNO
hadronovaacute hmota kvark-gluonoveacute plazma
Jednotka1 GeV = 1610-10Jklidovaacute hmotnostprotonu
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Novaacute forma jaderneacute hmoty - kvark-gluonoveacute plazma
V normaacutelniacutem prostřediacute jsou barevneacute kvarky uvězněny v hadronech silnou interakciacute zprostředkovanou gluony
Uvězněniacute a asymptotickaacute volnost kvarků jsou zaacutekladniacute vlastnostiacute kvantoveacute chromodynamiky ndash teorie silnyacutech interakciacute
David J Gross H David Politzer a Frank Wilczek ndash Nobelova cena za fyziku 2004 praacutevě za studium silneacute interakce a roli asymptotickeacute volnosti
kvark-gluonoveacute
plazma
Při vysokeacute hustotě energie vysokeacute teplotě či hustotě ndash uvolněniacute kvarků z hadronů velkaacute hustota gluonů rarr kvark-gluonoveacute plazma
Frank Wilczek
Sraacutežky jader na urychlovačiET gt 10 GeVn
Velkyacute třeskv čase kratšiacutem než 10 μs
1 podmiacutenka ndash kvarky a gluony nejsou vaacutezaacuteny v hadronech
2 podmiacutenka ndash nastoleniacute termodynamickeacute rovnovaacutehy
3 podmiacutenka - nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie
Prvniacute předpověď v roce 1975 naacutezev zavedl EV Shuryak
Systeacutem složenyacute z volnyacutech kvarků a gluonů nachaacutezejiacuteciacute se v termodynamickeacute rovnovaacuteze
Hustota energie 1 GeVfm3 T = 180 MeV (211012 K)hustota charakteristickyacute objem hadronů 1- 3 fm3 harr několik hadronů
NUTNEacute
NENIacute NUTNO
NENIacute NUTNO
hadronovaacute hmota kvark-gluonoveacute plazma
Jednotka1 GeV = 1610-10Jklidovaacute hmotnostprotonu
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
1 podmiacutenka ndash kvarky a gluony nejsou vaacutezaacuteny v hadronech
2 podmiacutenka ndash nastoleniacute termodynamickeacute rovnovaacutehy
3 podmiacutenka - nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie
Prvniacute předpověď v roce 1975 naacutezev zavedl EV Shuryak
Systeacutem složenyacute z volnyacutech kvarků a gluonů nachaacutezejiacuteciacute se v termodynamickeacute rovnovaacuteze
Hustota energie 1 GeVfm3 T = 180 MeV (211012 K)hustota charakteristickyacute objem hadronů 1- 3 fm3 harr několik hadronů
NUTNEacute
NENIacute NUTNO
NENIacute NUTNO
hadronovaacute hmota kvark-gluonoveacute plazma
Jednotka1 GeV = 1610-10Jklidovaacute hmotnostprotonu
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Ziacuteskaacuteniacute a studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Časovyacute průběh sraacutežky (pokud vznikne kvark-gluonoveacute plazma)
1) V čase 3middot10-24 s nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy rozptylem kvarků gluonů (středniacute volnaacute draacuteha kvarků je 05 fm)2) Systeacutem expanduje a chladne v 2middot10-23 s dosaacutehne kritickeacute teploty a začne hadronizace3) Pro faacutezovyacute přechod prvniacuteho druhu existuje deacutele než 3middot10-23 s koexistence různyacutech faacuteziacute4) Po hadronizaci systeacutem daacutele expanduje až na objemy 104 ndash 105 fm3 kdy dojde k bdquovymrznutiacuteldquo
Urychlovač RHIC Sraacutežka zaznamenanaacute urychlovačem Phoenix Průběh sraacutežky
Vznikajiacute tisiacutece až desetitisiacutece čaacutestic většinou pionů 1 fmc = 3310-24 s
Připomenutiacute v ranneacutem vesmiacuteru existovalo kvark-gluonoveacute plazma 10-5s
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Největšiacute současnyacute urychlovač těžkyacutech jader - RHIC
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Cesta vzniklyacutech čaacutestic a jejich zachyceniacute detektory experimentu Phenix
Sraacutežka jader zlata z pohledu experimetu Phenix
Vyznačeny draacutehy detekovanyacutech čaacutestic
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Parametry sraacutežky
Jaacutedro zlataprůměr = 14 fm
Lorentzovskaacute kontrakce γ = 100
RHICECM = 200 GeVnn
ECM = 40 TeV
rozměr hadronů 1 fmklidovaacute energie ~ 1 GeV
(14 fm)γ = 014 fm
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Sraacutežky při relativistickyacutech energiiacutech
E = 15 GeVnukleon E = 106 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon bliacutezkaacute nebo několikraacutet většiacute než jeho klidoveacute energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Sraacutežky při ultrarelativistickyacutech energiiacutech
E = 5000 GeVnukleonE = 200 GeVnukleon
Simulace frankfurtskeacute skupiny WWW straacutenky H Webera
(energie na nukleon většiacute než 100 GeV vysoce převyšuje jeho klidovou energii)
Protony - červeneacuteNeutrony - biacuteleacuteExcitovaneacute nukleony - modreacuteMezony - zeleneacute
Simulace hydrodynamickeacuteho modeluUrQMD
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Přiacuteznaky vzniku kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Experimenty na RHIC hledajiacute tyto přiacuteznaky
1) Dosaženiacute potřebneacute teploty a hustoty energie 2) Průběh expanze 3) Zvětšeniacute produkce podivnyacutech čaacutestic 4) Potlačeniacute produkce Jψ mezonů 5) Nastoleniacute chiraacutelniacute symetrie 6) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků čaacutestic
Při sraacutežkaacutech vznikajiacute tisiacutece čaacutestic ktereacute je třeba zachytit a určit jejich vlastnosti
Sraacutežka jader zlata se v experimentu STAR na urychlovači vstřiacutecnyacutech svazků RHIC ( 100 + 100 GeVA )
Srovnaacuteniacute p-p sraacutežky a sraacutežky Au+Au v experimentu STAR na urychlovači RHIC
SPS RHIC
Přechod od pevneacuteho terče k vstřiacutecnyacutem svazkům
Energie dostupnaacute v těžišti
13 GeVn 200 GeVn
Srovnaacutevaacuteniacute s tiacutem co dostaneme z p-p sraacutežek po přepočteniacute na počet nukleonovyacutech sraacutežek
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Tvorba vyacutetrysků (bdquojetůldquo) ndash zviditelněniacute kvarků
Přiacutepad vzniku čtyř vyacutetrysků pozorovanyacute experimentem OPAL na urychlovači LEP(Hledaacuteniacute Higgsovy čaacutestice)
Vzniklyacute vyacutetrysk hadronů maacute směr a nese celkovou energii původniacuteho kvarku
Sraacutežka kvarků s velmi vysokou energiiacute rarr vznik dvojice směrovanyacutech proudů čaacutestic interagujiacuteciacutech silnou interakciacute - vyacutetrysků
Kvark s vysokou energiiacute tvořiacute velkeacute množstviacute kvark antikvarkovyacutech paacuterůty naacutesledně hadronizujiacute
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (jet quenching)
Průchod partonů vyacutetrysku kvark-gluonovyacutem plazmatem (KGP) rarr ztraacuteta energie a hybnosti rarr pohlceniacute vyacutetrysku (v
normaacutelniacute hadronoveacute hmotě nenastaacutevaacute) rarr důkaz vzniku KGP
3) Potlačeniacute produkce vyacutetrysků (čaacutestic s velkyacutem pt) a dvojic vyacutetrysků
Pozorovaacuteno experimenty na urychlovači RHICPorovnaacutevala se produkce vyacutetrysků v sraacutežkaacutech 1) d-Au - KGP nemůže vzniknout rarr pouze saturace a Croninův jev 2) Au-Au - KGP může vzniknout rarr i potlačeniacute produkce
Jen v Au-Au sraacutežkaacutech pozorovaacuteno potlačeniacute produkce dvojic vyacutetrysků rarr vznikaacute KGP
Jadro-jadernaacute sraacutežkaprodukce vyacutetrysků je ovlivněna těmito jevy
1) Croninův jev ndash mnohonaacutesobnyacute rozptyl rarr rozmazaacuteniacute přiacutečnyacutech hybnostiacute rarr posun k vyššiacutem pt rarr zvětšeniacute produkce
2) Saturace ndash velkeacute nahuštěniacute partonů rarr zmenšeniacute naacuterůstu produkce vyacutetrysku s energiiacute
nižšiacute enegie vyššiacute enegie
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Au + Au experiment d + Au kontrolniacute experiment
Potlačeniacute čaacutestic s vysokou přiacutečnou hybnostiacute
RAA ndash poměr mezi počtem změřenyacutem a extrapolovanyacutem z nukleon-nukleonovyacutech sraacutežek
Vyacutesledek experimentu Dramatickyacute rozdiacutel chovaacuteniacute v přiacutepadě Au+Au a d+Au v zaacutevislostina centralitě sraacutežky
Konečnaacute data Předběžnaacute dataKonečnaacute data Předběžnaacute dataPředběžnaacute dataKonečnaacute data
Croninův jev
pouze Croninův jev
i potlačeniacute vyacutetrysků
Konečnaacute data Předběžnaacute data
Croninův jev i potlačeniacute vyacutetrysků
pouze Croninův jev
Exp
erim
ent
Ph
enix
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Co ukaacutezal RHIC - Ne ideaacutelniacute plyn ale ideaacutelniacute kapalina
Vytvořeniacute barevneacuteho systeacutemu uvolněnyacutech kvarků a gluonů
Silneacute překročeniacute kritickeacute teploty a hustoty energie
Nastoleniacute tepelneacute rovnovaacutehy ještě v době existence barevneacute faacuteze
Nejednaacute se o slabě interagujiacuteciacute systeacutem ale o silně interagujiacuteciacute systeacutem - ideaacutelniacute kapalina s nulovou viskozitou
plyn - ne kapalina ndash ano
Viacutece otaacutezek než odpovědiacute
silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacute plazma
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Co daacutele Nastupuje LHC a ALICE
Potřebneacute studium vlastnosti noveacuteho stavu hmoty ndash jejiacute stavoveacute rovnice pro staacutele vyššiacute teploty
Některeacute vlastnosti souhlasiacute s původniacutemi představami o kvark-gluonoveacutem plazmatu některeacute jsou bližšiacute pojetiacute bdquokapalinyldquo bdquoplynnyacute charakter možnaacute při vyššiacutech energiiacutech
Zatiacutem sledujeme pouze silně interagujiacuteciacute čaacutestice (999 vznikajiacuteciacutech čaacutestic jsou hadrony) fotony a leptony pouze z sekundaacuterniacutech procesů rarr nepřiacutemeacute signaacutely ndash informace je čaacutestečně setřenauž začal hon na fotony a leptony vznikajiacuteciacute přiacutemo v plazmě rarr přiacutemeacute signaacutely z kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Určit druh faacutezoveacuteho přechodu ndash velkyacute vyacuteznam pro průběh velkeacuteho třesku
RHIC 100 + 100 GeVnukleon LHC 2700 + 2700 GeVnukleon
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Experimentaacutelniacute pozorovaacuteniacute je rozhodujiacuteciacutem kriteacuteriem pro uznaacuteniacute platnosti hypoteacutezy a jejiacute přeměnu v teorii
Většiacute urychleniacute ndash vyššiacute energie a teploty většiacute detaily i produkce těžšiacutech čaacutestic
Stěžejniacute naacutestroj ndash sraacutežka urychlenyacutech čaacutestic
Naacuterůst energie rarr většiacute detaily
Zatiacutem největšiacute urychlovače E ~ 100 GeV rarr 10-18m
Produkce čaacutestic s vyššiacute klidovou energiiacute (hmotnostiacute)
Energie už přiacutemo makroskopickeacute ndash paacuted 002 g z vyacutešky 1 m sraacutežka dvou menšiacutech much nebo většiacutech komaacuterů
Klidovaacute hmotnost protonu ~ 1 GeV
LHC ndash sraacutežka protonů s energiemi 7000 GeV
Jaacutedra olova (208 nukleonů) na každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeV = 18∙10-4 J
Hmotnost 1 g se stejnou rychlostiacute 51017 J (10 000 hirošimskyacutech bomb)
Stejnaacute energieRozdiacutel rozměrů 1014
V současneacute době se připravujiacute ke startu
1 eV = 1602∙10-19J
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Jak vypadaacute vysokoenergetickyacute experiment ndash tedy i ALICEUacutekoly
1) Zachytit co nejviacutece čaacutestic a určit jejich parametry (pokryacutet co největšiacute prostorovyacute uacutehel)2) Zachytit draacutehu kraacutetce žijiacuteciacutech čaacutestic nebo draacutehy jejich produktů rozpadu3) Určit naacuteboje čaacutestic4) Určit hybnosti čaacutestic5) Zachytit a určit energii i těch nejenergetičtějšiacutech čaacutestic
Vnitřniacute draacutehoveacute detektory
Hadronoveacute kalorimetry
Elektromagnetickeacute kalorimetry
Velkeacute draacutehoveacute komory(umiacutestěneacute v magnetickeacutem poli)
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Experiment ALICE na urychlovači LHC
Experiment ALICE (česky Alenka) a jednotliveacute detektoroveacute systeacutemy
Stroj na studium kvark-gluonoveacuteho plazmatu
Pb ndash 208 nukleonů každyacute 2700 GeV 1 123 200 GeVpaacuted 002 g z metru
energie letu mouchy
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Zaacutevěr
bull Sraacutežky těžkyacutech jader - možnost studia i velmi horkeacute a husteacute hmoty vyskytujiacuteciacute se jinak jen ve vesmiacuteru
bull Existence uacuteplně noveacuteho stavu hmoty ndash silně interagujiacuteciacute kvark-gluonoveacuteho plazmatu ndash potvrzena diacuteky RHIC v Brookhavenu
bull Hlavniacutem signaacutelem je potlačeniacute produkce čaacutestic z vysokou přiacutečnou hybnostiacute dvojic protilehlyacutech vyacutetrysků a potlačeniacute Jψ mezonů
bull Podrobneacute studium jeho vlastnostiacute faacutezoveacute rovnice charakteru faacutezoveacuteho přechodu stupně dosaženeacute termodynamickeacute rovnovaacutehy už začalo na urychlovači RHIC a od roku 2008 na LHC (experiment ALICE)
bull Ukazuje se že dochaacuteziacute k velmi rychleacutemu nastaveniacute termodynamickeacute rovnovaacuteze systeacutem se chovaacute jako ideaacutelniacute kapalina ndash studium vlastnostiacute nutneacute pro pochopeniacute velmi rannyacutech staacutediiacute vyacutevoje našeho vesmiacuteru (před dobou 10 μs po počaacutetku rozpiacutenaacuteniacute)
bull Kromě nepřiacutemyacutech signaacutelů nesenyacutech silně interagujiacuteciacutemi čaacutesticemi se očekaacutevaacute studium přiacutemyacutech signaacutelů od fotonů a leptonů
bull Uacutečast českyacutech fyziků z UacuteJF a FUacute AVČR přiacuteležitost i pro studenty
bdquoNo dobraacuteldquo řekla kočka a tentokraacutet se ztraacutecela pomalounku od konečku ocasu až po škleb ten chviacuteli ještě potrval když už ostatek zmizel bdquoKočku bez šklebu to už jsem viděla kolikraacutetldquo pomyslila si Alenkaldquoale škleb bez kočky Něco tak zvlaacuteštniacuteho jsem jakživ nevidělaldquo
Lewis Carroll bdquoAlenka v Kraji divůrdquo
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
A na zaacutevěr něco niacutezkoenergetickeacuteho ndash LHC a bdquogama laserldquo
Využitiacute laserů založenyacutech na volnyacutech elektronech
Urychlovač elektronů na relativistickeacute energie + zdroj periodickeacuteho transverzaacutelniacuteho magnetickeacuteho pole (pole magnetů se střiacutedajiacuteciacutemi se poacutely ndash undulaacutetor)
Elektrony oscilujiacute rarr vznik rentgenovskeacuteho zaacuteřeniacute rarr interakce elmg zaacuteřeniacute s elektrony rarr zaacuteblesk koherentniacuteho elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute v rentgenovskeacute oblasti
Vlnovaacute deacutelka se nastavuje energiiacute elektronů a intenzitou magnetickeacuteho pole
Linear Coherent Light Source
(LCLS) - undulatorovyacute systeacutem
Sraacutežka s jaacutedrem urychlenyacutem na LHC ndash z pohledu urychlenyacutech jader jde o laseroveacute gama zaacuteřeniacute
Gama laser
Možnost studovat rezonančniacute metodou velmi přesně doby života různyacutech hladin v jaacutedře
Šlo by ziacuteskat velmi přesnaacute data o důležityacutech astrofyzikaacutelniacutech reakciacutech
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece
Uacutečinneacute průřezy pro ADTT systeacutemy a astrofyziku
Zařiacutezeniacute n-TOF v CERNu
olověnyacute terč ndash třiacuteštiveacute reakce
protonovyacute svazek Ep = 20 GeV Δt = 7 ns I = 71012 protonů f = 08 Hz
vzdaacutelenost 185 m 105 npulsenergetickyacute řaacuted
neutronovyacute svazek FWHM = 118 mm
neutronovyacute svazek 300 np En = 01 eV ndash 250 MeV
stiacuteněniacute za terčem odklaacuteněciacute magnet
olověnyacute terč - sestavovaacuteniacute
speciaacutelniacute kolimace a moderace pro různeacute režimy praacutece