A CMS-kísérlet új eredményei közelebb vihetnek a kvark-gluon plazma keletkezésének megértéséhez

Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) CMS-kísérletének legújabb eredményei először mutatták ki a maganyag plazmaállapotának egyértelmű jelét kis atommagok ütközéseiben. A vizsgálat eredményei, amelyekhez az ELTE TTK Fizikai és Csillagászati Intézet és a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói és diákjai is hozzájárultak, közelebb vihetnek a kvark-gluon plazma keletkezésének megértéséhez, ezáltal az univerzum kezdeti állapotának megismeréséhez.A kutatók régóta tanulmányozzák, hogy a közel fénysebességgel ütköző ólommagok miként hoznak létre egy rendkívül forró és sűrű anyagot, a kvark-gluon plazmát (QGP), amely az ősrobbanás utáni univerzumhoz hasonló állapotot idéz meg - olvasható az ELTE MTI-hez eljuttatott keddi közleményében.

A CMS-kísérlet kutatói, köztük az ELTE Természettudományi Karának és a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpontjának fizikusai, most az ólom-atommagoknál könnyebb anyagok ütköztetésével elért új eredményekkel közelebb kerültek a QGP keletkezésének megértéséhez, ezáltal az univerzum kezdeti pillanatainak megismeréséhez.

Mint írták, a QGP megfigyelésének egyik kulcsmódszere az úgynevezett sugárelnyelés ("jet quenching") jelensége. A nagy energiájú ütközések során keletkező kvarkok és gluonok részecskenyalábokat, úgynevezett "jeteket" alkotnak. Amikor ezek a részecskék áthaladnak a forró és sűrű QGP-n, energiát veszítenek, ami megakadályozza, hogy belőlük további részecskék keletkezzenek. Ezt a jelenséget a kutatók az úgynevezett nukleáris módosítási faktorral (RAA) mérik, amely azt mutatja meg, hogyan aránylik a nehéz atommag-ütközésekben létrejövő részecskék száma a proton-proton ütközésekben mért számokhoz. Mivel a proton-proton ütközésekben nem jön létre QGP, azok referenciaként szolgálnak.

Korábban egyértelmű sugárelnyelést csak a nagyon nehéz atommagokkal, például ólommal és xenonnal végzett ütközésekben figyeltek meg, a kisebb rendszerekben azonban, mint a proton-ólom ütközések, ez a jelenség hiányzott. A fizikusok ezért feltették a kérdést: vajon mekkora méretű atommagokra van szükség a QGP kialakulásához.

A CMS-kísérlet most könnyű atommagokkal, oxigénnel és neonnal végzett ütközésekkel adott választ erre a kérdésre. Az LHC-n 2025 júliusában felvett adatok első elemzése ugyanis megerősítette a sugárelnyelés jelenlétét az oxigén-oxigén ütközésekben is. Ez azt jelenti, hogy még egy ilyen viszonylag kis rendszerben is kialakul a QGP forró, szabad állapota. Ezek az eredmények összhangban vannak az energiaveszteséget is figyelembe vevő elméleti modellekkel.

A kutatás következő lépéseként a tudósok a neon-neon ütközésekben is elvégezték az első méréseket. Mivel a neonmag kissé nagyobb, mint az oxigénmag, az eredmények összehasonlítása más, nagyobb rendszerek adataival lehetőséget ad arra, hogy modellfüggetlen módon vizsgálják a sugárelnyelés méretfüggését - írták.

"Az oxigén-oxigén és a neon-neon ütközésekből származó adatok hiánypótlóak, mivel áthidalják a szakadékot a kis és nagy ütközési rendszerek között. Bár a QGP-szerű jelenségek már a proton-ólom ütközésekben is megfigyelhetők voltak, a sugárelnyelésre utaló jelek eddig hiányoztak. A CMS-kísérletnek most sikerült először detektálnia ezt a jelenséget könnyű atommagok ütközéseiben. A forró, szabad kvarkanyag tanulmányozása a CERN-ben folyamatosan tágítja a fizika határait, és újabb betekintést enged az univerzum kezdeti állapotába" - írták.

A közlemény szerint a Chicagói Egyetem és a Massachusetts-i Műszaki Egyetem (MIT) kutatói által vezetett - közel 20 fős - csapat munkájában, az adatok gyűjtésében, elemzésében, értékelésében az ELTE TTK Fizikai Intézete és a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói és hallgatói is fontos szerepet játszottak.

(Forrás: MTI)