Projekt nr 2014/13/B/ST2/04054

Badanie dwucząstkowych oddziaływań nieidentyczynych hadronów w eksperymentach: ALICE na LHC i STAR na RHIC

Kierownik projektu: Kisiel Adam

Wartość projektu: 668 610 PLN

Źródło finansowania: Projekty finansowane przez NCN - OPUS

Czas realizacji: 23.02.2015 - 22.07.2018

W akceleratorze Large Hadron Collider (LHC) w Genewie jądra ołowiu są przyspieszane i zderzane przy energii 2.76 TeV na parę nukleonów. Ich badaniem zajmują się dedykowane eksperymenty, w tym ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Podobnie w akceleratorze Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) jądra złota są zderzane przy energiach do 200 GeV na parę nukleonów i badane w eksperymencie STAR. Zespół z Wydziału Fizyki PW, którego członkiem jest kierownik projektu i wykonawcy, uczestniczy w pracach ALICE oraz STAR od kilkunastu lat. Jednym z celów ogólnych programu naukowego zderzeń ciężkich jonów jest wyprodukowanie i zbadanie nowego stanu materii jądrowej, plazmy kwarkowo-gluonowej (QGP – Quark Gluon Plasma). Wykazuje ona silne zachowania kolektywne, opisywane równaniami hydrodynamiki. Poprzez badanie tych zachowań można określić fundamentalne własności materii jądrowej, takie jak jej równanie stanu czy typ przejścia fazowego między QGP a zwykłą materią hadronową. System powstający w zderzeniach charakteryzuje się ogromną gęstością energii. W wyniku jego hadronizacji powstaje do kilku tysięcy cząstek, w tym duża liczba mezonów K i barionów. Dodatkowo, mała gęstość barionowa oznacza, że produkuje się podobna liczba cząstek i antycząstek. Mamy więc do czynienia z unikalnym systemem, będącym dużym zbiorem barionów i antybarionów. Cząstki te są następnie rejestrowane w detektorze i możliwe jest badanie parametrów ich oddziaływań.

Celem tego projektu jest przeprowadzenie analizy femtoskopowej korelacji pomiędzy nieidentycznymi cząstkami. Z jednej strony pozwalają one na badanie rozmiaru i dynamicznej ewolucji systemu produkowanego w zderzeniu, a jest to rozmiar rzędu 1 fm = 10-15 m. Z drugiej strony ta sama technika badawcza może zostać użyta w nowatorski sposób do wyznaczenia parametrów oddziaływania silnego między egzotycznymi barionami, w tym oddziaływań hiperonów i oddziaływań typu barion-antybarion. Uzyskane zostaną istotne informacje na temat dynamiki reakcji zderzenia ciężkich jonów i nowego stanu materii jądrowej. Zweryfikowana zostanie hipoteza o hydrodynamicznej naturze ewolucji systemu. Dostarczy to informacji o równaniu stanu materii QGP. Ta sama technika pomiarowa pozwoli na uzyskanie unikalnych wyników dotyczących oddziaływań silnych pomiędzy barionami, w tym na zbadanie oddziaływania materia-antymateria. Jest to ważne dla samych badań zderzeń ciężkich jonów, gdyż istotnym składnikiem ich modelowania jest opis fazy hadronowej, w której dochodzi do zderzeń cząstek. Ich poprawny opis, w tym opis procesu anihilacji, który może wpływać na końcową krotność barionów wymaga znajomości silnych oddziaływań dwucząstkowych. Dodatkowo parametry oddziaływania pomiędzy hiperonami, dla których nie istnieją dotychczas żadne dane doświadczalne, są kluczowym parametrem w modelowaniu struktury gwiazd neutronowych. Femtoskopowe korelacje barionów w eksperymentach ALICE i STAR mogą być unikalnym źródłem informacji na ten temat.