29
Large Ion Collider Experime LHC není pouze Large Hadron Collider ALICE ATLAS CMS LHCb

Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Přednáška Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

Citation preview

Page 1: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 2: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 3: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 4: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 5: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 6: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 7: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 8: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 9: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 10: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 11: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 12: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 13: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 14: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 15: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 16: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 17: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 18: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 19: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 20: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 21: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 22: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 23: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 24: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 25: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 26: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 27: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
Page 28: Alenka v Krajině horké a husté hmoty CERN laboratoř

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

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29