Suure Hadronite Põrguti (LHC) juures töötavad teadlased avaldasid nädala alguses uurimuse, mille kohaselt on nad avastanud prootonite põrgatamisel seni vaatlemata nähtuse.
Pärast kesksuvel toimunud kõrgete energiate füüsika konverentsil esitletud juba eelnevalt avastatud osakeste täpsustatud omadusi hakkavad LHC eksperimendid pärast kuuendat kuud nägema esimesi märke potentsiaalselt uutest ning huvitavatest efektidest. LHC teise mitmeotstarbelise detektori ATLAS abiga kinnitati, et ergastatud kvarke ei leidu kuni 1260 gigaelektronvoldi piirini. Samal ajal on LHCb demonstreerinud oma võimet vaadelda aatomisarnastest beauty (ilu) kvargist ning antikvargist koosnevaid osakesi.
CMS on üks Suure Hadroni Põrguti mitmeotstarbelisest osakeste detektorist. Foto: Wikimedia Commons
Pärast miljardite prooton-prooton kokkupõrgetel tekkinud osakeste statistilist analüüsi aga märgati, et mõned osakesed tunduvad olevat omavahel kuidagi seotud. “Mõningas mõttes tundub justkui osakesed suhtleksid omavahel ning arutaksid, mis suunas liikuda,” ütles CMS-i töörühma eestkõneleja Guido Tonelli ERR-le. Esimest korda märgati nähtust juba juuli keskpaigas, kuid see tundus liiga uskumatu, et seda enne mitmekordset ülekontrollimist avaldada.
Nüüd põhjendati selle avalikkuse ette toomist vajadusega haarata maailmast uusi ideid, mis nähtust seletada suudaks. “Meil ei ole lihtsalt oma andmetes piisavalt informatsiooni, et sellest välja harutada võimalikud tõlgendused ning oleme keskendunud eksperimentaalsetele vaatlustele. Me oleme siiski huvitatud ideedest või soovitustest, mis võiksid meie mõõdetud nurga korrelatsiooni dünaamikast paremini aru saada,” lisas Tonelli. Samuti kinnitas ta, et kuigi efektid on juba suure debati tekitanud, on need reaalsuses väikesed ning ei pruugi olla seotud uue füüsikaga.
Tulemusi peetakse sellegipoolest huvitavaks, kuna nendes on märgata sarnasust USA Brookhaveni Relativistlike Raskete Ioonide Põrguti juures täheldatud fenomeniga. Toona arvati, et kokkupõrkel tekkinud osakeste anomaalsed liikumisuundade vahelised nurgad on tingitud gluoon-kvargi plasma eripärast, mida põrguti tekitab. Sajandivahetusel ehitatud masin töötab küll madalamatel energiatel kui LHC, kuid põrgutab omavahel raskemaid ioone nagu näiteks kulla aatomeid
LHC hakkab selle sarnast plasmat uurima novembris, kui põrgutis hakatakse põrgutama tina tuumasid. Suure Hadronite Põrguti 18 kuulise töötsükli käigus loodetakse koguda piisavalt andmeid, et uurida kõiki “uut füüsikat” tõotavaid alasid.
Loe lisaks:
CMS News: New two-particle correlations observed in the CMS detector at the LHC
Teadusartikkel arXiv-is
Artikkel ERR teadusuudistes.
Tiziano Camporesi
CMS-i käigushoidmise ja töörühma ülesannete jagamise koordinaator
Meie poolt avaldatud uurimus käsitleb prooton-prooton kokkupõrgetes tekkivate osakeste liikumissuundade korrelatsiooniefektide vaatlusi tasandi suhtes, mis on defineeritud kokkupõrkes tekkivate enamike osakeste poolt. Selline nähtus ei ole aga defineeritud meie arvutiprogrammides, mida me kasutame prootonite kokkupõrgete simulatsioonides. Teiste sõnadega, me esitleme meie reaalsetes katsetes ja simulatsiooniprotsessides ilmnevat ebakõla.
Kohe kindlasti ei riski me vaadeldud fenomeni tõlgendamisega, me lihtsalt demonstreerime seda nähtust laiemale avalikkusele. Me jätame selle tõlgendamise teoreetikutele. Selgitus võib olla “triviaalne,” mis tähendaks näiteks meie ebapiisavaid teadmisi simulatsiooniprogrammidest, kuhu on raske kõiki meie teoreetilisi teadmisi sisse panna. Samas on aga võimalik mõne fundamentaalse aspekti avastamisest säärase liikumise dünaamika kohta, mis kirjeldab seda, mis juhtub, kui suurel energiatihedusel hakkavad rolli mängima prootoneid moodustavaid kvarkide ja gluoonite vastastikmõjud.
Igaljuhul on see esimene registreeritud efekti vaatlus prooton-prooton kokkupõrkel, mis demonstreerib CMS-i päästikusüsteemi(trigger system, toim.) tundlikkust. Päästikuks nimetatakse spetsiaalset elektroonilist süsteemi, mis valib miljarditest LHC põrgutis toimuvatest prootoni põrgetest välja just need põrked, mida tasub salvestada põhjalikumaks uurimiseks.
Siiski ei ole veel selge, kas efekt on varem ebaadekvaatsete päästikumehhanismide tõttu varasemate ekperimentide puhul lihtsalt registreerimata jäänud.
Andi Hektor, füüsik, CERN, Genf
Tõepoolest, praegu tegeletakse Suur Hadronite Põrguti (LHC) juures selle hiiglasliku aparaadi häälestamise ja mitte veel senitundmatute füüsikanähtuste otsimisega. Häälestamine tähendab ka juba senituntud osakeste uuesti ja uuesti ülemõõtmist. Siiski, mõned väiksed märgid viitavad sellele, et võibolla on avastatud ka midagi uut. Üks esimesi selliseid on ülaltoodud uudises. See ootamatu ja põnev avastus tuli ühelt LHC alamdetektorilt nimetusega CMS. Siinkohal on tore tõdeda, et CMS detektori juures löövad kaasa ka kümmekond Eesti füüsikut ja terve suur arvutuskeskus Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudis Tallinnas. Võib vabalt olla, et mingi väike aga oluline “tükk” sellest avastusest “arvutati välja” justnimelt Eestis!
Avastuse võib näppudel ära seletada järgmiselt. LHC põrgutis põrutatakse omavahel kokku kaks vastasuunas liikuvat väga suure energiaga prootonit. Prootonid teatavasti koosnevad omakorda osakestest, mida nimetatakse kvarkideks ja gluuoniteks. Füüsikud on arvanud, et kaks prootonit põrkavad kokku nagu kaks kvarkide-gluuonite “pilvekest” ehk siis tegelikult põrkavad kokku omavahel kvargid ja gluuonid. Peale põrkamist lendavad kvargid, gluuonid ja tekkinud uued osakesed igas suunas laiali ning seda täiesti sõltumatult üksteisest. CMS avastus aga ütleb, et osakesed lendavad laiali mitte täiesti sõltumatult vaid nad jõuavad üksteist vastastikku oluliselt mõjutada enne laialilendamist.
Sellist nähtust võib lihtsustatult ette kujutada veetilkade põrkumisel. Kui veetilgad põrutada kokku väga suure kiirusega, siis lendavad need hetkeliselt peale põrget laiali veeauruna. Kui kokkupõrkavate piiskade kiirus on natuke väiksem, siis jõuab põrkamise hetkel väga lühikeseks ajaviivuks moodustuda üks suur tilk, mis siis kokkupõrkamise energia tõttu kiiresti väiksemateks tilkadeks laiali lendab. Sama arvatakse juhtuvat ka prootonitega CMS detektoris. See vahepealne moodustuv “piisk” ei koosne loomulikult mitte veest vaid nn kvark-gluuon plasmast. Füüsikud on senini arvanud, et prootonite põrkel ei saa selline plasma tekkida.
Alternatiivne seletus sellele nähtusele oleks see, et mõõdetud efekt ei tule mitte kvark-gluuon plasmast, vaid see on mingi veel senitundmatu füüsikalise protsessi avaldus. Siiski, midagi lõplikku ei saa veel praeguses uurimise järgus öelda. Nii CMS kui ka teise sarnase eksperimendi, ATLAS, juures töötavad füüsikud peavad seda nähtust veel üksjagu kordi üle mõõtma. Nagu ütleb osakestefüüsiku vanasõna: “Tuhat korda mõõda, üks kord avalda Natures…”