Poszukiwanie Plazmy Kwarkowo-Gluonowej.

Poszukiwanie Plazmy Kwarkowo-Gluonowej.



Choc nikt jeszcze kwarkow nie widzial, fizycy sa mocno przekonani ze materia jest zbudowana z punktowych kwarkow i gluonow. Obiekty te nie sa bezposrednio obserwowane w eksperymentach fizycznych, sa one prawdopodobnie uwiezione wewnatrz czastek elementarnych takich jak protony i neutrony. Teoria fizyczna zwana Chromodynamika Kwantowa (QCD) przewiduje ze wewnatrz tych obiektow kwarki i gluony zachowuja sie jak swobodne czastki. Teoria ta przewiduje ze jezeli scisniemy jadra do tak niewielkich rozmiarow ze protony i neutrony beda sie dotykac, lub jezeli dostarczymy wielka ilosc energii do niewielkiego obszaru przestrzeni, to mozliwe bedzie pojawienie sie obszaru wiekszego niz pojedynczy hadron, w ktorym kwarki i gluony beda sie zachowywac jak czastki swobodne. Ten stan materii jest nazywany Plazma Kwarkowo-Gluonowa (QGP). Jezeli fizykom uda sie wyprodukowac QGP, to zbadanie wlasnosci tego nowego stanu materii byc moze pozwoli zrozumiec lepiej teorie Chromodynamiki Kwantowej i problem uwiezienia kwarkow w hadronach.



Plazma Kwarkowo-Gluonowa po wytworzeniu bedzie powiekszala swoja objetosc i ostatecznie przemieniala sie w hadrony, powtarzajac to co zdarzylo sie w czasie jednej milionowej czesci sekundy po Wielkim Wybuchu, zdarzeniu ktore wedlug fizykow bylo poczatkiem naszego swiata. W owym czasie cala energia jaka obecnie znajduje sie w naszym Wszechswiecie zajmowala obszar porownywalny z wielkoscia naszego systemu slonecznego. Obszar ten wypelniony byl prawdopodobnie Plazma Kwarkowo-Gluonowa o temperaturze 1012 stopni Kelwina. Plazma ta szybko sie rozszerzala i ochladzala sie. Gdy temperatura spadla ponizej wartosci krytycznej nastapilo przejscie fazowe, proces analogiczny do tworzenia sie kropel w schlodzonej parze wodnej. Po raz pierwszy w historii Wszechswiata zostala utworzona materia jadrowa (protony, neutrony itd.). Odtwarzajac ten proces w laboratorium a nastepnie badajac go, nawet na mala skale, w procesach zderzen czastek elementarnych, fizycy moga dowiedziec sie czegos o ewolucji Wszechswiata. Dodatkowym wynikiem badan nad Plazma Kwarkowo-Gluonowa moze byc tez lepsze poznanie wlasnosci prozni. Obecnie wiadomo, ze o prozni nie mozna mowic jedynie jako o pustej przestrzeni. Jest ona pelna fluktuacji roznego typu - czastki pojawiaja sie i znikaja. Fizycy teoretycy uwazaja, ze po rozpadzie QGP na hadrony, czasami moze powstac nowy, nieznany stan prozni.

W Stanach Zjednoczonych i w Europie buduje sie coraz wieksze urzadzenia przyspieszajace czastki do coraz wyzszych energii. Urzadzenia te zwane sa akceleratorami. Do tej pory, pomimo prowadzonych eksperymentow, nie pojawily sie jeszcze dowody na to ze zostala wytworzona Plazma Kwarkowo-Gluonowa. Jednak po zakonczeniu w 1999 roku budowy nowego urzadzenia do przyspieszania czastek zwanego Zderzaczem Relatywistycznych Ciezkich Jonow (RHIC), mozna oczekiwac znacznego postepu w badaniach. Zderzacz czastek bedzie przyspieszal dwie, krazace w przeciwnych kierunkach wiazki jonow zlota, w tunelu o obwodzie 3.8 kilometra. Jony zlota osiagna predkosc rowna 99.995% predkosci swiatla, a gestosc energii podczas zderzenia bedzie rownowazna energii masy Ziemi scisnietej do objetosci szescianu o bokach 10 x 10 x 10 metrow.



Jadra zlota beda zderzac sie w czterech miejscach na obwodzie tunelu akceleratora. W tych miejscach umieszczone beda skomplikowane urzadzenia, zwane detektorami czastek, ktorych zadaniem jest zarejestrowanie produktow zderzenia i zbadanie ich wlasnosci. Poniewaz dokladny wynik skutkow zderzen nie jest znany, kazdy z detektorow jest optymalizowany do wykrycia roznych mozliwych efektow fizycznych. Jednym z tych detektorow jest Phobos.