Megkezdődött a proton szerkezetének feltárása a STAR kísérletben
A New York-i Relativisztikus Nehézion-ütköztető (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC) több kilométeres gyűrűiben hatalmas energiára gyorsított atommagokat ütköztetnek egymással. Az ütközés során az atommagokat alkotó protonok és a neutronok megolvadhatnak, és a világegyetem születésekor jelen lévőhöz hasonló közeget, kvark-gluon plazmát (vagyis kvarkanyagot) hoznak létre. De mi történik protonok ütközésekor? Ekkor is létrejön-e a kvarkanyag? És vajon a proton alkotóelemei milyen szerepet játszanak a folyamatban? Mekkora hányadát hordozzák a proton energiájának az egyes összetevők?
A RHIC 2022-ben polarizált (azaz egyirányba forgatott perdületű) protonok ütközéseit vizsgálja. Ehhez igen különleges berendezésekre van szükség, többek között ún. szibériai kígyókra, amelyek be tudják forgatni a protonok perdületét a megfelelő irányba. Ha látják a kutatók, hogy a protonok ütközése során merre repülnek ki a részecskék, akkor fény derül arra, hogy a proton alkotóelemei hogyan járulnak hozzá a teljes proton perdületéhez – ami egy lassan száz éve fennálló rejtély.
A kutatók korábban leginkább az ütközés irányára közel merőleges irányban tudták elemezni a kirepülő részecskéket, ezért szükség volt olyan új berendezésekre, amelyekkel az ütközés irányával közel párhuzamosan kirepülő részecskéket is lehet vizsgálni. A 2022-től kezdődő időszakra a STAR komoly fejlesztésekkel készült, az új detektorok közé tartozik a Forward Silicon Tracker (Előreszórási Szilícium Nyomkövető), a Forward Calorimeter System (Előreszórási Kaloriméter Rendszer) és a Small-Strip Thin Gap Chamber (Kissávos Keskenyrésű Kamra).
Az adatfelvételt a kutatók végzik, feladatuk a gyorsító irányításával való kommunikáció, a kísérlet berendezéseinek (detektorainak) folyamatos figyelése, a kis- és nagyfeszültségű rendszerek irányítása, az adatfelvétel elindítása és leállítása, illetve a több megawattos teljesítményű szupravezető mágnesek kezelése. A kísérletek folyamatosan zajlanak, a kutatók napi három műszakban váltják egymást, ötfős csapatokat alkotva.
Az ELTE kutatói a STAR adatfelvételének irányítása közben (balra) és bent a gyorsítónál, a STAR kísérlet detektorai mellett (jobbra)
Az ELTE STAR-Magyarország kutatócsoport tagjai (Csanád Máté, Kincses Dániel, Ayon Mukherjee, Nagy Márton és Tripathy Srikanta) 2022 folyamán személyesen és online is bekapcsolódtak a mérésekbe. Csanád Máté (aki a 2020/22-es időszakban a kísérlet adatarchiválását is irányította), Kincses Dániel, Mukherjee Ayon és Nagy Márton több hetet töltöttek el a Brookhaveni Nemzeti Laboratóriumban, műszakvezető és detektorüzemeltető feladatokat ellátva, Tripathy Srikanta pedig online felügyelte a detektorok által felvett adatok minőségét. Az ELTE-csoport az Event Plane Detektor (Eseménysík Detektor) beüzemelésében is részt vett, ez volt az új fejlesztések első lépcsője. A továbbiakban az adatok elemzését végzik, különös tekintettel a femtoszkópiai mérésekre.
„Érdekes és fontos időszak ez a STAR kísérlet életében. Lezárult az erős kölcsönhatás fázisdiagramjának feltérképezésére irányuló adatfelvétel, és megkezdtük az adatok elemzését. Ezzel párhuzamosan elindult a STAR előreszórást vizsgáló programja, amelynek során proton-proton és mag-mag ütközéseket is elemzünk majd. A RHIC az előbbiben egyedülálló a világon: kizárólag itt tudják ultra-relativisztikus energiájú polarizált protonok ütközéseit vizsgálni. Nemsokára beindul a RHIC-nél az sPHENIX kísérlet is, az után pedig a gyorsító átalakítása következik, a távlati tervek középpontjában ugyanis egy elektron-atommag ütköztető megépítése áll” – mondja Csanád Máté, az ELTE Atomfizikai Tanszék egyetemi docense, a RHIC-Magyarország kutatócsoport vezetője. Az ehhez hasonló együttműködések nyomán az ELTE diákjai a brookhaveni RHIC gyorsítóhoz, illetve a CERN hasonló berendezéseihez is eljuthatnak munkájuk során, és a szakterület legismertebb kutatóival dolgozhatnak együtt.
A kutatócsoport a Felsőoktatási Intézményi Kiválósági Program Asztro- és Részecskefizikai Tématerületén belül működik, a STAR kísérletben való részvételt ezen kívül az NKFIH OTKA FK-123842, K-138136 és 2019-2.1.11-TÉT-2019-00080 projektek támogatják.
Borítókép: A RHIC komplexum a Brookhaveni Nemzeti Laboratóriumban