W akceleratorze Large Hadron Collider (LHC) w Genewie jÄ…dra oÅ‚owiu sÄ… przyspieszane i zderzane przy energii 2.76 TeV na parÄ™ nukleonów. Ich badaniem zajmujÄ… siÄ™ dedykowane eksperymenty, w tym ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Podobnie w akceleratorze Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) jÄ…dra zÅ‚ota sÄ… zderzane przy energiach do 200 GeV na parÄ™ nukleonów i badane w eksperymencie STAR. Zespół z WydziaÅ‚u Fizyki PW, którego czÅ‚onkiem jest kierownik projektu i wykonawcy, uczestniczy w pracach ALICE oraz STAR od kilkunastu lat. Jednym z celów ogólnych programu naukowego zderzeÅ„ ciężkich jonów jest wyprodukowanie i zbadanie nowego stanu materii jÄ…drowej, plazmy kwarkowo-gluonowej (QGP – Quark Gluon Plasma). Wykazuje ona silne zachowania kolektywne, opisywane równaniami hydrodynamiki. Poprzez badanie tych zachowaÅ„ można okreÅ›lić fundamentalne wÅ‚asnoÅ›ci materii jÄ…drowej, takie jak jej równanie stanu czy typ przejÅ›cia fazowego miÄ™dzy QGP a zwykÅ‚Ä… materiÄ… hadronowÄ…. System powstajÄ…cy w zderzeniach charakteryzuje siÄ™ ogromnÄ… gÄ™stoÅ›ciÄ… energii. W wyniku jego hadronizacji powstaje do kilku tysiÄ™cy czÄ…stek, w tym duża liczba mezonów K i barionów. Dodatkowo, maÅ‚a gÄ™stość barionowa oznacza, że produkuje siÄ™ podobna liczba czÄ…stek i antyczÄ…stek. Mamy wiÄ™c do czynienia z unikalnym systemem, bÄ™dÄ…cym dużym zbiorem barionów i antybarionów. CzÄ…stki te sÄ… nastÄ™pnie rejestrowane w detektorze i możliwe jest badanie parametrów ich oddziaÅ‚ywaÅ„.

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.