A kutatók régóta tanulmányozzák, hogy a közel fénysebességgel ütköző ólommagok miként hoznak létre egy rendkívül forró és sűrű anyagot, az úgynevezett kvark-gluon plazmát (QGP), amely az ősrobbanás utáni univerzumhoz hasonló állapotot idéz meg. 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. (A CMS a Nagy Hadronütköztető általános célú detektora.)
Mint az ELTE közleménye kifejti: a QGP megfigyelésének egyik kulcsmódszere az úgynevezett sugárelnyelés („jet quenching”) jelensége. A nagy energiájú ütközések során keletkező kvarkok és gluonok részecskenyalábokat, úgynevezett „jeteket” alkotnak – ez látható a lentebbi ábrán is.
Egy oxigén-oxigén ütközés képe a CMS kísérlet detektorában. A sárga görbék a kirepülő töltött részecskék pályáját, a zöld oszlopok a detektorban leadott energiát, a sárga kúpok pedig a részecskenyalábokat ábrázolják.
ELTE
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 a 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 feltették hát 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 – hangsúlyozza az ELTE.
A Nagy Hadronütköztetőben (LHC) 2025 júliusában felvett adatok első elemzése megerősítette a sugárelnyelés jelenlétét az oxigén-oxigén ütközésekben is, a mért RAA értéke 1-nél sokkal kisebb, helyenként 0,7 alá is lesüllyed. 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 kísérlet kutatói 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 adott a szakemberek számára arra, hogy modellfüggetlen módon vizsgálják a sugárelnyelés méretfüggését.
https://hvg.hu/tudomany/20250703_cern-nagy-hadronutkozteto-olombol-arany-alice-kiserlet-magyar-kutatok
Mi a jelentősége mindennek?
Adódhat persze a kérdés, mégis miért fontos ez az egész. A kutatók közlése szerint oxigén-oxigén és a neon-neon ütközésekből származó adatok azért hiánypótlóak, mert 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.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.
