V CERNu srazili těžká jádra s rekordní energií  
Čerstvé srážky jader olova-208 dosáhly energie v těžišti cca 1 000 TeV, čili 1 petaelektronvoltu. Při jedné takové srážce vzniká asi tak 30 tisíc nových elementárních částic.

 

Jedna z rekordních srážek těžkých jader olova na detektoru ALICE. Kredit: ALICE / CERN.
Jedna z rekordních srážek těžkých jader olova na detektoru ALICE. Kredit: ALICE / CERN.

Velký hadronový urychlovač v CERNu přitvrzuje, přinejmenším obrazně. Evropský stroj na zázraky po svém opětovném spuštění už během léta srážel protony na doposud nevídaných energiích. Teď ale v CERNu nadešel čas přitvrdit muziku a pustit se do srážení těžkých jader atomů olova‑208. Pustili se do toho před pár dny, dopoledne 25. listopadu. Olovo‑208 s 82 protony a 126 neutrony je považováno za nejtěžší ze všech známých stabilních izotopů. Účelem těchto experimentů je studovat hmotu v podobě, jakou měla pouhý mžik po Velkém třesku.

Jens Jørgen Gaardhøje. Kredit: Niels Bohr Institutet.
Jens Jørgen Gaardhøje. Kredit: Niels Bohr Institutet.


Velmi brzy po Velkém třesku, asi tak pár miliardtin sekundy, tvořilo náš vesmír kvark‑gluonové plazma, extrémně horká, hustá a šílená polévka volných kvarků a gluonů. Až asi tak jednu miliontinu sekundy po Velkém třesku vychladl vesmír natolik, že se kvarky a gluony mohly spojit a vytvořit protony s neutrony, z nichž se dnes skládají atomová jádra. V dnešním vesmíru, z pohledu kvarků a gluonů velmi studeném a nudném, jsou kvarky obvykle spoutány silnou jadernou silou, kterou zprostředkovávají právě gluony. V ultimátních srážkách Velkého hadronového srážeče ale na okamžik zažívají dávno ztracenou volnost.

Nové srážky těžkých jader olova Pb‑-208, které zachytil detektor ALICE i další detektory LHC, dosáhly energie v těžišti (energy in the center‑of‑mass system) přibližně 1 000 TeV. Tím se částicoví mágové v CERNu stali držiteli historického rekordu a dosáhli snové petaelektronvoltové (PeV) hranice. Spokojený detektor ALICE registroval desetitisíce vzniklých částic.

Kvark-gluonové plazma v diagramu. Kredit: CERN.
Kvark-gluonové plazma v diagramu. Kredit: CERN.


Částicoví fyzici miluji metafory. Energii srážek v těžišti 1 000 TeV přirovnávají k energii čmeláka, který do nás vrazí v horkém letním dni. To nezní nijak moc dramaticky, vtip je ovšem v tom, že tahle energie je v případě srážek jader olova zkoncentrovaná do objemu, který je 10 na 27 krát menší než objem čmeláka. Podle šéfa Dánské výzkumné skupiny detektoru ALICE Jense Jørgena Gaardhøjeho z Institutu Nielse Bohra Kodaňské univerzity vzniká při srážkách jader olova v CERNu tak nesmírná hustota energie, že jsme ji ještě nikdy nezažili. 

LHC, detektor ALICE. Kredit: A Saba / CERN.
LHC, detektor ALICE. Kredit: A Saba / CERN.

Gaardhøje vysvětluje, že cílem rekordních srážek je přeměnit ohromující energii těchto srážek na částice, tedy kvarky, antikvarky a gluony, v souladu se slavnou Einstenovou rovnicí E rovná se m krát c na druhou. Na kratičký okamžik vznikne špetka extrémní hmoty tvořené kvarky, antikvarky a gluony, jejíž teplota činí přes 4 biliony stupňů Celsia.

Podle Gaardhøjeho je teď předčasné uvažovat o kompletní analýze dat z prvních rekordních srážek těžkých jader olova. Už se ale ukazuje, že na jednu srážek jader olova o rekordní energii připadá asi 30 tisíc nově vzniklých částic. To podle propočtů odpovídá hustotě energie kolem 20 GeV na femtometr krychlový. Femtometr je přitom jedna biliardtina (čili 10 na mínus 15) metru. To je naprosto rekordní hustota energie, která více než 40 krát přesahuje hustotu energie protonu. 

Proč srážet jádra olovo jako smyslu zbavení? Data ze srážek těžkých jader olova o rekordních energiích vylepší naše představy o kvark‑gluonovém plazmatu a povaze silné jaderné síly. Měli bychom se dozvědět víc o naprosto čerstvém vesmíru, jaký byl miliardtiny sekundy po Velkém třesku.


Video:  Quark, gluon...plasma! #13TeV


Literatura
Niels Bohr Institutet 25. 11. 2015, CERN 25. 11. 2015.

Datum: 28.11.2015
Tisk článku

Související články:

Velký hadronový srážeč by mohl ulovit černé díry a paralelní vesmíry     Autor: Stanislav Mihulka (20.03.2015)
Restartovaný LHC pokořil světový rekord v energii sražených částic     Autor: Stanislav Mihulka (23.05.2015)
První srážky s energií 13 TeV na urychlovači LHC     Autor: Vladimír Wagner (23.05.2015)



Diskuze:

Ondra Dvořák,2015-12-12 04:24:31

Černá díra vznikne, až ta jádra při srážce zfůzují. Zatím měli vědci štěstí, že se jim to vždycky rozprsklo.

Odpovědět

Tězká jádra ....

Vlastislav Výprachtický,2015-11-30 18:19:25

Vytvořením zárodku černé díry se uskuteční limitovaný energetický gravitační prostor v prostoru LHC, který by měl mít 4 rozměry. Zhuštěná hmota s energií pokud bude dózována tokem dalších srážek mohla by se stát nezvládnutelnou.

Odpovědět

Kolik nul musí přidat, aby ....

Jaroslav Mrázek,2015-11-29 22:25:12

...vznikla malá , neškodná , černá dírečka ? I když na druhou stranu stav našeho světa by se tím okamžitě zjednodušil ...

Odpovědět


Re: Kolik nul musí přidat, aby ....

Marek Šafář,2015-11-30 09:01:55

Pravděpodobnost vzniku stabilní černé díry v LHC je tak titěrná až mizivá, asi jako ta, že někdy ve vesmíru (pokud máte nekonečně času) napíše opice knihu Romeo a Julie od Shakespeara.

Odpovědět


Re: Re: Kolik nul musí přidat, aby ....

Petr Kr,2015-11-30 09:17:59

Takže nějaká nenulová pravděpodobnost to je? Navíc se bojím, že stačí jedna 0 a THC a může to být pěkná paseka.

Odpovědět


Re: Re: Re: Kolik nul musí přidat, aby ....

Richard Palkovac,2015-11-30 09:53:25

Neverim, ze existuje nieco ako mikro cierna dierocka. Ak by sa aj dostali castice nejakou velkou nahodou do takeho stavu, do tak maleho priestoru, okamzite by sa ta "dierocka" rozpadla.

Odpovědět


Re: Re: Re: Kolik nul musí přidat, aby ....

Marek Šafář,2015-11-30 13:16:36

Ano, pravděpodobnost vzniku černé díry při srážení atomových jader potažmo elementárních částic tu opravdu je. Je tu ale pár rozdílů od černých děr, na které jste zvyklý. Předpokládá se, že "klasické" masivní a supermasivní černé díry mají velké hustoty, momenty hybnosti a elektrické náboje.
Mikroskopické černé díry mají hned několik úskalí. K vytvoření těchto mikroskopických černých děr potřebujete vysokoenergetické částice, které se těsně před srážkou dostanou tak blízko sebe, že je jejich hmota, respektive kinetická energie uvězní pod horizontem událostí. Takto vznilá černá díra bude by měla extrémní elektrický náboj vzhledem ke své hmotnosti. Navíc jaký by asi pak byl poloměr horizontu událostí u této černé díry?
Dále je tu i spousta problémů, které se týkají stability těchto mikroskopických černých děr. Např. Heisenbergovy principy neurčitosti. Hybnosti částic by musely být tak vysoké, aby se částice nacházely uvnitř oblasti o rozměru Schwarzschildova poloměru atd atd.
Ze všech těchto důvodů je existence stabilní černé díry, která vcucne Zemi pod horizont události, vytvořené v LHC srážkou 2 atomových jader prakticky nereálná.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Kolik nul musí přidat, aby ....

Petr Kr,2015-11-30 13:34:02

Děkuji, ale moc jste mne neuklidnil. Je-li něco alespoň trochu pravděpodobné, může to podle Murphyho zákona nastat. A to mě děsí, zvláště, je-li tu ještě zákon schválnosti.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Kolik nul musí přidat, aby ....

Marek Šafář,2015-11-30 13:56:27

Abych vás ještě více znepokojil, skutečně existují modely, které připouštějí vznik těchto miniaturních černých děr i na energetických škálách, které poskytuje LHC. Problémy s vytvořením této černé díry i stability přestanou existovat pokud bude mít Planckova energie (1,22 . 10^28 J) extrémně nižší hodnotu než má těď. V kvantové fyzice existují možnosti jak toho dosáhnout. Jednou z nich je přidání dalších prostorových dimenzí např. svinutých Calabi-Yauových variet. Např. pro desetirozměrný časoprostor ( s kterým počítá teorie superstrun ) se hodnota Planckovy energie pohybuje kolem 1TeV. Za těchto podmínek by v LHC vznikala každou sekundu černá díra.

Každopádně miniaturní černá díra má i miniaturní horizont událostí. Pokud jsou ty horizonty takto malé, pak by měla jediná emitovaná částice vyšší energii než je potřeba k vytvoření této černé díry.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Kolik nul musí přidat, aby ....

Vojtěch Kocián,2015-11-30 15:12:52

Nevím, jestli Vás uklidní nebo ještě více vyděsí informace o tom, že nás vesmír bombarduje částicemi, které mají energii ještě o mnoho řádů vyšší než může dosáhnout LHC
https://en.wikipedia.org/wiki/Oh-My-God_particle.
A zatím žádná černá díra. Nebo jsme si ji nevšimli. Černá díra, která by vznikla na LHC by byla tak malá a měla tak malý účinný srážkový průřez, že i kdyby se hned nevypařila (vypařování černých děr není, pokud vím, experimentálně ověřené), mohla by proletět velkou vrstvou hmoty možná i celou Zemí bez toho, aby do sebe nasála cokoliv dalšího. A pro únik z gravitačního pole Země respektive Sluneční soustavy je potřeba rychlost opravdu velmi malá ve srovnání s rychlostmi částic na urychlovačích.

Odpovědět


Re: Kolik nul musí přidat, aby ....

Vladimír Wagner,2015-11-30 14:59:20

Mikroskopická černá díra je hypotetický objekt, protože by mohla vzniknout jedině tehdy, kdyby se gravitace chovala na velmi krátkých vzdálenostech jinak než jak pozorujeme na makroskopických vzdálenostech. Pokud by však existovaly, tak by se Hawkingovým zářením velice rychle rozpadly (chovaly by se jako velmi krátce žijící částice). To, že nám od nich nehrozí žádné nebezpečí je také jasné z toho, že kosmické záření produkuje srážky s ještě většími energiemi, než je možné dosáhnout na LHC. A konečně, pro vznik mikroskopické černé díry není podstatné, zda se sráží protony nebo jádra olova. U obou těchto procesů by případná mikroskopická černá díra měla vzniknout při srážce partonů (kvarků nebo gluonů). Potenciálně nebezpečným hypotetickým objektem, který by pro vznik potřeboval srážky jader, je podivnůstka (strangelet). Podrobně je vše okolo hypotetických "rizik" na LHC popsáno zde: http://www.osel.cz/3703-ohrozuje-spusteni-lhc-nasi-existenci.html

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace