Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 1 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Csörgő Tamás MTA KFKI RMKI Magyarok Amerikában - forró nyomon az ősanyag nyomában Bevezető Motiváció Kisérletek Elméleti alapok Eredmények – Új jelenség – Új anyag – A legforróbb anyag: tökéletes folyadék – Mi folyik itt ?

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 2 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 A Nagy Bumm Az anyag felépítése: Molekulák, atomok → Elektronok, protonok, neutronok → Kvarkok, gluonok Korai univerzum: forró, táguló rendszer Kvark-gluon anyag Hűlés → kifagyás Ma: ‘fagyott anyag’ Fagyott világ hasonlata

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 3 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Nehézion-ütközések: Kis Bumm Nukleon-olvasztás Kvarkok bezárása ill. kiszabadítása Hasonlat: jégből víz vagy gőz Szárazjég? Vízjég? Nagy energiájú ütközéssel mindez elérhető (?) Nehézionok ütközése: forró, táguló rendszer Nehézionok ütközése: forró, táguló rendszer Elég forró? Régi-új anyag? Elég forró? Régi-új anyag?

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 4 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Relativistic Heavy Ion Collider RHIC: Relativisztikus nehézion ütköztető Két koncentrikus gyűrű, metszéspontokon ütközések Nyaláb: p, d, Cu, Au; Tömegközépponti energia: GeV/nukleon 4 kísérleti együttműködés: BRAHMS, PHENIX, PHOBOS (Veres Gábor), STAR Magyar intézményi részvétel a PHENIX-ben: KFKI: Csörgő T., Hidas P., Nagy M., Ster A., Sziklai J., Vértesi R., Zimányi J. ELTE: Kiss Á., Csanád M., Deák F. DE: Tarján P., Imrek J., Veszprémi V. BNL: Dávid Gábor Elindított fejlesztési programok:

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 5 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 A RHIC működéséről

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 6 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Elméleti alapok Elméleti keret: Standard Model Stabil elemi részecskék: elektron, proton, (neutron) A protonnak és neutronnak (kvark) szerkezete van: A kvarkok további, instabil részecskéket alkothatnak (~2000 ismert közülük, élettartamuk: ~ sec) Barionok: 3 kvark kötött állapotok Mezonok: kvark-antikvark állapotok Egzotikum: Pentakvark ?

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 7 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 A részecskék Standard Modellje Elektron: elemi részecske Proton, neutron, hadronok nem azok  kvarkok Három kölcsönhatás, közvetítő bozonok Erős, gyenge, elektromágneses töltés Erős töltés: szín  QCD: kvantum-szín-dinamika u up c charm t top d down s strange b bottom e electron  muon  tau e electron neutrino  muon neutrino  tau neutrino kvarkok leptonok fermionok g gluon  foton Z Z bozon W W bozon bozonok kölcsönh. erős elektro-mágneses gyenge

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 8 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Az Ősanyag nyomában... Alapkutatás: Elméleti igény: az erősen kölcsönható anyag halmazállapotainak vizsgálata a jelenleg elérhető legmagasabb hőmérsékleteken (gyorsító energiákon). Az erősen kölcsönható anyag halmazállapotai. A 2004-es fizikai Nobel-díj: az erős kölcsönhatás aszimptotikusan szabad -> a kvarkok és gluonok gáz halmazállapotú, igen forró kvark- gluon plazmát alkotnak - ez az elméleti várakozás. Kísérleti feltételek: szupravezető mágnesek, nehézionok szemből ütköztetése, pénzügyi elkötelezettség (1 milliárd USD főleg USA és Japán + egész világ vezető országai). Jelenlegi élvonal 2 nagy gyorsítónál: BNL(Amerika): 2000-től, Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) CERN(Európa): 2008/2009-től, Large Hadron Collider (LHC)

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 9 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Hőmérséklet > T c : Kvark Gluon Plazma. Új halmazállapot(ok?) Az erős kölcsönhatás aszimptotikusan nagy energiákon szabad (2004-es Nobel díj, D. J. Gross, H. J. Politzer, F. Wilczek) -> gáz? Az erős kölcsönhatás halmazállapotai Z. Fodor, S.D. Katz: T c = 176±3MeV MeV ~ 2 terakelvin ( hep-ph/ ) hadronok -> kvark-gluon plazma(?) TcTc

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 10 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Forró nyomon: RHIC kísérletek Gyorsító adatok: körív:3.8 km tkp energia: AGeV sebesség: % c felhasznál:protonok, deutérium, réz és arany atommagok nyalábok:2 szembe nyaláb, mindegyik 120 „csomag”-ban luminozitás:2 x cm -2 s -1 (Au+Au, 106 ns átfedésekkel) előállít:több ezer új részecskét ütközésenként hőmérséklet:> 2 trillió K (igen forró nyomon!) alapanyag:20 év alatt 1 gramm arany üzemel:2000-től LHC (CERN)2008 (p+p)/2009 (Pb+Pb)-től körív:27 km (LEP átalakítva) energia:14 ATeV (korábban:fix target, SPS: E cms ~ 17 AGeV Pb+Pb)

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 11 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 PHENIX Fotonok, elektronok, müonok, hadronok azonosítása A reakció összes szakaszának vizsgálata Áthatoló próbák: korai állapotot tükrözik Hadronok: kifagyáskori állapot

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 12 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 1. mérföldkő: új jelenség Nagy transzverz impulzusú részecskék elnyomása: PHENIX eredmény a Physical Review Letters címlapján Az első nagy tudományos elismerés, az első magyarországi szerző: Ster András A munka dandárját BNL csoport végezte, Dávid Gábor, a brookhaveni magyar vezetésével

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 13 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Mitől csökken a részecskesugarak energiája? Kezdeti feltétel? gluonok összenyomódása Új anyag? elnyelés közegben Hogy tegyünk különbséget? Kapcsoljuk ki a közeget  d+Au ütközések (2003)

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 14 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 A frontális Au+Au ütközésekben nyelődik el a legjobban a részecskesugár (PHENIX, PHOBOS) Au+Au és d+Au ellenpróba eredménye: Drámai különbség és ellentétes függés az ütközés frontálisságától A részecskesugarak elnyelődése a frontális Au +Au ütközésekben a legerősebb, a keletkező új anyag miatt lép fel. Au + Aud + Au ellenpróba Preliminary DataFinal Data

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 15 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Russia: MEPHI - Moscow LPP/LHE JINR - Dubna IHEP - Protvino U.S. Laboratories: Argonne Berkeley Brookhaven U.S. Universities: UC Berkeley UC Davis UC Los Angeles Carnegie Mellon Creighton University Indiana University Kent State University Michigan State University City College of New York Ohio State University Penn. State University Purdue University Rice University Texas A&M UT Austin U. of Washington Wayne State University Yale University Brazil: Universidade de Sao Paulo China: IHEP – Beijing IMP - Lanzou IPP – Wuhan USTC SINR – Shanghai Tsinghua University Great Britain: University of Birmingham France: IReS Strasbourg SUBATECH - Nantes Germany: MPI – Munich University of Frankfurt India: IOP - Bhubaneswar VECC - Calcutta Panjab University University of Rajasthan Jammu University IIT - Bombay VECC – Kolcata Poland: Warsaw University of Tech. A STAR kisérlet a RHICnél

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 16 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 STAR: Szögeloszlások és kifutó-befutó sugárpárok pedestal and flow subtracted “Kifutó” irány: p+p, d+Au, Au+Au hasonlóan viselkedik “Befutó” irány: Au+Au ütközésben elnyelődés, p+p és d+Au - nincs ez A befutó részecskesugarak elnyelődése a frontális Au+Au ütközésekben létrejövő új anyagon

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 17 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 2. mérföldkő: új anyagfajta d+Au ütközésekben nem megfigyelhető az új jelenség Nem az Au mag szerkezetmódosulása Au+Au: új anyag PHENIX-Magyarország együttműködés: 10 magyar a PHENIX szerzői listán

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 18 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Eredmények V 2 - elliptikus folyás dn/d  ~ v 2 (p T ) cos (2  )  x y z  Kollektiv mozgás (hidrodinamika) jele. Az adatok hidrodinamikai képben értelmezhetőek a 2000 MeV alatti p t tartományban. M. Csanád, T. Csörgő, A. Ster et al.

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 19 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 3. mérföldkő: 2005 vezető fizikai híre PHENIX: 3x AIP Top Physics Story RHIC első éveit összegző cikkek: Top Physics Story # Amerikai Fizikai Intézet: 2005 legfontosabb eseménye!

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 20 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Analógia Core Sun Halo Solar wind T 0,RHIC ~ 210 MeV T 0,SUN  ~ 16 million K T surface,RHIC ~ 100 MeV T surface,SUN  ~6000 K RHIC tűzgömb  Nap

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 21 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Tökéletes ≠ ideális! Tökéletes: elhanyagolható viszkozitás és hővezetés Ideális: összenyomhatatlan Viszkozitás : nyíróellenállás mértéke Alacsony viszkozitás  Nagy hatásk.m.  Erős csatolás Lényeges mérőszám: kinematikai viszkozitás AdS/CFT megfeleltetés: hep-th/ , gr-qc/ , hep-th/ Viszkozitás-mérés: nucl-ex/ , arxiv: , nucl-th/ , nucl-ex/ A jelenleg ismert legforróbb anyag: Folyadék halmazállapotú Az eddig előállított legtökéletesebb folyadék Tökéletes folyadék? !

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 22 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 Allegória és költészet a fizikában

Csörgő Tamás, MTA KFKI RMKI 23 “Az Ősanyag Nyomában” ELTE, 2007/10/11 A PHENIX együttműködés