Έγινε η εγκατάσταση του υπολογιστή του πειράματος ALICE στο CERN

Πηγή: interactions.org, 9 Ιουλίου 2007

Καθώς η κατασκευή του μεγαλύτερου επιταχυντή στον κόσμο, του Μεγάλου Συγκρουστή Αδρονίων (LHC) στο CERN στη Γενεύη, θα ολοκληρωθεί το προσεχές έτος, τα τέσσερα κύρια πειράματα, που θα μελετήσουν διαφορετικές πτυχές των αποτελεσμάτων από τις συγκρούσεις σωματιδίων υψηλής ενέργειας, επίσης έχουν πολλαπλασιάσει στροφές. Για ένα τέτοιο πείραμα, που λέγεται ALICE, αυτή η διαδικασία προχώρησε άλλο ένα βήμα την προηγούμενη εβδομάδα όταν εγκαταστάθηκε ένα κρίσιμο μέρος του ανιχνευτή των 10.000 τόνων, ο κατασκευασμένος στην Αγγλία Central Trigger Processor (CTP), στη θέση του ALICE, περίπου 50 μέτρα κάτω από το έδαφος.

Το πείραμα ALICE θα εξετάσει τα μυστήρια που περιβάλλουν τη δομή της ύλης. Οι μετωπικές συγκρούσεις των πυρήνων μολύβδου στο LHC θα δημιουργήσουν υπο-ατομικές πύρινες βολίδες κάτω από τεράστιες θερμοκρασίες και πυκνότητες. Επίσης, θα αναδημιουργήσουν τις συνθήκες που όπως πιστεύουν οι φυσικοί υπήρχαν σε λιγότερο από ένα εκατομμυριοστό του ενός δευτερολέπτου μετά από το Big Bang.

Αυτά τα "μίνι Big Bangs" θα παραγάγουν θερμοκρασίες πάνω από ένα τρισεκατομμύριο βαθμούς - 100.000 φορές θερμότερες από το κέντρο του ήλιου - ενώ τα νετρόνια και τα πρωτόνια (που αποτελούν τους πυρήνες των ατόμων) αναμένονται να "λειώσουν" προς μια νέα κατάσταση - ένα πλάσμα από κουάρκ και γκλουόνια.

Ένα πλάσμα από κουάρκ-γκλουόνια (QGP) είναι μια φάση της κβαντικής χρωμοδυναμικής (QCD), που υπάρχει σε μια εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία ή/και υψηλή πυκνότητα. Αυτή η φάση αποτελείται από (σχεδόν) ελεύθερα κουάρκ και γκλουόνια, που είναι οι βασικές δομικές μονάδες της ύλης. Η QGP θεωρείται ότι υπήρχε κατά τη διάρκεια των πρώτων 20 έως 30 μικροδευτερολέπτων, αφότου έγινε το Big Bang και δημιουργήθηκε έτσι ο Κόσμος μας.

Σε αντίθεση με τον δημοφιλή μύθο, το πείραμα ALICE δεν είναι πιθανό να παραγάγει ιδιομορφίες, μίνι μαύρες οπές, ούτε κάτι που παράγεται από την ύλη σε μεγάλη ποσότητα.

Το πείραμα ALICE, προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων Πείραμα Συγκρουόμενων Μεγάλων Ιόντων, ένα από τα μεγαλύτερα πειράματα στον κόσμο που αφιερώνεται για την έρευνα στη φυσική της ύλης σε μια απείρως μικρή κλίμακα.

Οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι όλα στον Κόσμο αποτελούνται από έναν μικρό αριθμό βασικών δομικών μονάδων, που λέγονται στοιχειώδη σωμάτια, και που κυριαρχούνται από μερικές θεμελιώδεις δυνάμεις. Μερικά από αυτά τα σωματίδια είναι σταθερά και σχηματίζουν την κανονική ύλη, άλλα ζουν μόνο για κλάσματα του ενός δευτερολέπτου και έπειτα διασπώνται σε σταθερά. Όλα τους θα είχαν συνυπάρξει για μερικές στιγμές μετά από το Big Bang.

Από τότε, μόνο η τεράστια συγκέντρωση της ενέργειας, που μπορεί να επιτευχθεί σε έναν επιταχυντή στο CERN, μπορεί να τα φέρει πίσω στη ζωή. Επομένως, η μελέτη των συγκρούσεων μεταξύ σωματιδίων είναι σαν να εξετάζουμε τι συνέβη πίσω στον χρόνο, αναδημιουργώντας το περιβάλλον που ήταν παρόν στην αρχή του Κόσμου μας.

Μελετώντας δε τις συγκρούσεις των σωματιδίων ελπίζουμε να μάθουμε περισσότερους για την δύναμη που κρατά μαζί τους ατομικούς πυρήνες (την ισχυρή πυρηνική δύναμη), την προέλευση της μάζας της πυρηνικής ύλης και πολλά, πολλά περισσότερα.

Η πιο γνωστή βασική δύναμη είναι η βαρύτητα. Κρατά τα πόδια μας πάνω στο έδαφος και τους πλανήτες σε κίνηση γύρω από τον ήλιο. Στα μεμονωμένα σωματίδια εν τούτοις, τα αποτελέσματα της βαρύτητας είναι εξαιρετικά μικρά. Μόνο όταν έχουμε ύλη σε μεγάλη ποσότητα - όπως σε μας ή στους πλανήτες - κάνει τη βαρύτητα να κυριαρχεί.

Η Συνεργασία ALICE αποτελείται από, περίπου, 1000 φυσικούς και μηχανικούς από 90 ιδρύματα σε 30 χώρες.

Ο ανιχνευτής του πειράματος ALICE είναι το αποτέλεσμα 17 ετών Έρευνας και Ανάπτυξης. Θα τοποθετηθεί στο δακτύλιο του LHC δαχτυλίδι,, περίπου, 50 μέτρα  κάτω από το έδαφος, έχει 16 μέτρα ύψος, 26 μέτρα πλάτος, και ζυγίζει περίπου 10.000 τόνους.

Κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων μεταξύ πυρήνων από μόλυβδο, τα δεδομένα από το πείραμα ALICE θα καταλαμβάνουν χώρο 1,2 GBytes ανά δευτερόλεπτο ή θα γραφούν πάνω από 2 PetaBytes (2 εκατομμύριο GBytes) στοιχεία σε δίσκο κάθε χρόνο. Για να επεξεργαστούν αυτά τα στοιχεία, το πείραμα ALICE θα χρειαστεί περίπου 50.000 υψηλής ποιότητας PCs, από όλο τον κόσμο, που θα τρέχουν 24 ώρες την ημέρα.

Ένας συγκρουστής στο CERN όπου γίνονται τα πειράματα για το πλάσμα

Το πλάσμα από κουάρκ και γκλουόνια είναι μια κατάσταση που θεωρείται ότι διαμορφώνεται όταν υπερβαίνει η πυκνότητα των αδρονίων (ή η θερμοκρασία τους, που είναι κατά κάποιο τρόπο ισοδύναμο: οι δύο ποσότητες συνδέονται στην πραγματικότητα με την εξίσωση της κατάστασης του συστήματος) ένα ορισμένο κρίσιμο επίπεδο.

Τα αδρόνια είναι σωματίδια που αποτελούνται από κουάρκ. Τα μεσόνια είναι αδρόνια που αποτελούνται από ένα ζεύγος κουάρκ-αντικουάρκ, και τα βαρυόνια είναι αδρόνια που αποτελούνται από τρία κουάρκ. Και τα δύο (βαρυόνια - μεσόνια) έχουν μηδενικό καθαρό φορτίο χρώματος (είναι "άχρωμα"), και έχουν ακέραιο βαρυονικό αριθμό B. Τα κουάρκ όπως και τα γκλουόνια έχουν χρώμα και έχουν κλασματικό (τα κουάρκ) ή μηδενικό (τα γκλουόνια) βαρυονικό αριθμό.

Ένα νετρόνιο (βαρυόνιο) περιέχει δύο "down" κουάρκ και ένα "up", ενώ ένα πρωτόνιο περιέχει δύο 'up' και ένα 'down' κουάρκ. Επειδή ένα up (u) έχει φορτίο τα 2/3 του ηλεκτρονίου e, κι ένα down (d) έχει φορτίο 1/3 e, τα νετρόνια είναι ουδέτερα και τα πρωτόνια φέρουν θετικό φορτίο.

Για παράδειγμα, μπορείτε να φτιάξετε ένα μεσόνιο B=0 συνδυάζοντας ένα B=-1/3 αντι-κόκκινο αντικουάρκ με ένα κόκκινο κουάρκ B=1/3. Ή μπορείτε να κάνετε ένα βαρυόνιο B=1 συνδυάζοντας τρία κουάρκ με B=1/3 τριών διαφορετικών "αρχικών" χρωμάτων κόκκινου, πράσινου, και μπλε (η μίξη των τριών χρωμάτων μας κάνει ένα άχρωμο βαρυόνιο).

Αυτά τα σωματίδια, μεσόνια και βαρυόνια, μπορούν να χάσουν την προσωπικότητά τους εάν φέρουμε μερικά από αυτά μαζί σε μια αρκετά υψηλή θερμοκρασία.  Αυτά "λειώνουν" στο προκύπτον πλάσμα, που αποτελείται από κουάρκ και γκλουόνια που κινούνται τριγύρω ελεύθερα, για παράδειγμα δεν περιορίζονται μέσα σε έναν κλειστό όγκο μηδενικού καθαρού αριθμού χρώματος και ακέραιου βαρυονικού αριθμού. Τα κουάρκ όπως και τα γκλουόνια, που είναι συνήθως πηγές του πεδίου χρώματος της QCD (Κβαντικής Χρωμοδυναμικής), είναι απαλλαγμένα από τη δύναμη QCD που συνήθως τα δεσμεύει.

Το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων θεωρείται πως υπάρχει στο εσωτερικό των άστρων νετρονίων, αλλά και κατά τα πρώτα μικροδευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη ήταν συστατικό της τότε ύλης: Αυτοί είναι οι δύο λόγοι για τους οποίους η μελέτη του πλάσματος παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον για τους φυσικούς, τους αστροφυσικούς, όπως και για τους κοσμολόγους. Εντούτοις, η δημιουργία ενός πλάσματος από κουάρκ-γκλουόνια δεν είναι εύκολη. Είναι ο στόχος των συγκρούσεων μεταξύ πολύ υψηλής ενέργειας βαρέων ιόντων, που παράγονται στο RHIC στην Αμερική ενώ θα μελετηθούν και στο πείραμα ALICE στο LHC του CERN.

Home