Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Velký hadronový urychlovač LHC (Large Hadron Collider) v Evropském středisku fyziky částic CERN v Ženevě začíná produkovat závažné fyzikální výsledky. Ve srážkách těžkých jader se podařilo realizovat situaci, která se s oblibou populárně nazývá Malý Velký Třesk. Po prvních publikacích mapujících základní charakteristiky protonových srážek v oblasti energií třiapůlkrát přesahujících dosud dosažené hodnoty, LHC přichází s výsledkem, který doslova obletěl svět a vyvolal mimořádný zájem odborné veřejnosti.

Při srážkách ultrarelativistických jader olova o energii 2,76 TeV/nukleon na urychlovači LHC v CERN byla pomocí detektoru ATLAS pozorována v centrálních srážkách asymetrie v produkci spršek (jetů) částic. Efekt je tím větší, čím je větší centralita srážky, tj. čím více nukleonů jádra v interakci participuje. Spršky částic vznikající v individuálních nukleon-nukleonových srážkách se v případě srážek jader formují v prostředí jaderné materie tvořené kvarky a gluony.

Asymetrická produkce jetů částic jak je pozorována v detektoru ATLAS: příčný průřez detektorem ATLAS s vyznačením částic v dráhových detektorech a návazností na signály v kalorimetrech. Pozorovaný efekt je důsledkem destrukce původně dobře kolimovaného jetu částic interagujícího s kvark-gluonovou materií.

Při těchto srážkách dojde na velmi krátkou dobu (řádově na 10^-24 s) ve velmi malém prostoru k extrémní koncentraci energie. Toto prostředí lze popsat teplotami 10¹² K (pro srovnání – teplota v jádru Slunce je řádově 10⁷ K), kdy se kvarky a gluony chovají jako volné částice a tvoří tzv. kvark-gluonové plazma. Pozorovaný efekt je výsledek interakce spršky s takovýmto extrémním stavem hmoty. Fyzikální analýza těchto jevů umožňuje studovat jak mechanismus vzniku částic v individuálních nukleon-nukleonových srážkách, tak vlastnosti kvark-gluonové plasmy.

Na tomto unikátním vědeckém výsledku se významně podílejí též vědecká pracoviště České republiky. Fyzikální ústav AV ČR viditelně přispěl k vývoji a následně k výstavbě hadronového kalorimetru ATLAS, který zásadním způsobem přispěl ke kvalitě získaného výsledku.

Publikace:
PHYSICAL REVIEW LETTERS: PRL 105, 252303 (2010), 17 DECEMBER 2010
DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.252303