3. A QCD fázisátalakulás kísérleti igazolása 39
3.1.2. Bariokémiai potenciál
Az els® mérési eredmények a RHIC gyorsítónál, amelyek a bariokémiai potenciálra (µB) vonat-koztak, a töltött részecske-antirészecske arányok voltak centrális nehézion-ütközésekben. Ez
3.1 A töltött részecskék száma és részecskearányok 43
18. ábra. Azonosított antirészecskék és részecskék mért számaránya midrapiditás közelében, a nukleonpáronkénti ütközési energia függvényében centrális Au+Au (AGS [138, 145, 146] és PHO-BOS [147,148]) és Pb+Pb (SPS [149,150]) ütközésekben. A hibavonalak statisztikus hibákat jelölnek.
azzal magyarázható, hogy kísérletileg a mágneses tér polaritásának változtatásával a részecskék és antirészecskék pályáit úgy lehet válogatni, hogy azokra szinte minden korrekció azonos legyen, a nyomkövetés hatásfokától kezdve az inaktív detektor-elemekig. Ekkor f®leg az antirészecskék és részecskék detektorban történ® különböz® mérték¶ kölcsönhatási, elnyel®dési hatáskereszt-metszetére kell ügyelni. A legegyszer¶bb Boltzmann-közelítésben az antiprotonok és protonok aránya e−2µB/T-vel arányos, ahol T a h®mérséklet a kémiai kifagyás pillanatában, tehát ami-kor a keletkezett részecskék közötti rugalmatlan ütközések már mind lejátszódtak. A 18. ábra mutatja a PHOBOS [147, 148] kísérletben és alacsonyabb energiákon [138, 145, 146, 149, 150]
mért antirészecske-részecske arányokat protonokra és kaonokra. Látható, hogy a RHIC-ben létrejött rendszer sokkal közelebb van ahhoz, hogy azonos számú részecskét és antirészecskét tartalmazzon, mint kisebb ütközési energián. A 200 GeV-es centrális Au+Au ütközésekben mért antiproton-proton arány 0.73±0.02 (stat.) ±0.03 (sziszt.) volt, amely jelzi az igen kis µB értékek megközelítését. A termális modellek keretén belül ezekb®l az arányokból kiszámít-ható a bariokémiai potenciál [151]. Feltételezve, hogy a hadronizáció 165 MeV h®mérsékleten történik, µB = 27 MeV adódik centrális Au+Au ütközésekre 200 GeV energián. Ez pedig egy nagyságrenddel kisebb, mint az SPS csúcsenergiáján, 17.2 GeV-en Pb+Pb ütközésekben mért érték [152,153]. Tehát a RHIC-ben centrális Au+Au ütközésekben létrejött közeg már megkö-zelítette a legtöbb addigi rács-térelméletben elvégzett számítás által feltételezett barionmentes állapotot, bár nem volt teljesen mentes a nettó barionoktól.
A RHIC gyorsító képes volt különböz® mágneses rigiditású és tömeg¶ atommagokat is
üt-〉 ν
1 2 3 4 〈 5 6 7 8 9
〉 ν
1 2 3 4 〈 5 6 7 8 9
〉 p 〈 / 〉 p 〈
0.75 0.8 0.85 0.9
HIJING RQMD AMPT
d+Au 200 GeV
19. ábra. Az antiprotonok és protonok számának aránya a 0 < y < 0.8 rapiditás-tartományban (ahol a pozitív rapiditás-irány a deuteron repülési iránya) d+Au ütközésekben √
sN N = 200 GeV ütközési energián [154], négy centralitás-osztályban, néhány elméleti jóslattal összehasonlítva [155158].
A hνi paraméter a deuteron nukleonjai által egyenként átlagosan elszenvedett ütközések száma. A hibavonalak statisztikus, a kapcsok szisztematikus hibákat jelölnek.
köztetni, ami rendkívül fontos szerepet játszott abban, hogy a nehézion-ütközések adatait ne csak proton-proton ütközésekhez, hanem d+Au ütközésekhez is hasonlítani lehessen, ahol már a
"hideg" atommag által okozott módosulások is szerepet kaphattak, de várhatóan nem alakulha-tott ki az Au+Au ütközésekben létrejött nagy térfogatú, forró, partonikus plazma. A deuteron izospin-viszonyaiban jobban hasonlított az Au atommagra, másrészt a proton és Au atommag együttes gyorsítása nehézségekbe ütközött volna a nagyon eltér® töltés/tömeg arányuk miatt.
Különösen érdekes a d+Au ütközésben a centralitás függvényében megvizsgálni az anti-proton-proton arányt. Ezt az arányt egyrészt a kezdeti állapotból történ® barion-transzport, másrészt a barion-antibarion párok keletkezése együttesen alakítja ki. A centralitás változtatá-sával a deuteron nukleonjai által elszenvedett ütközések számát lehet kísérletileg hangolni. A meglep® mérési eredmény a 19. ábrán látható [154]. Naivan azt várhatnánk, hogy az antipro-tonok részaránya csökken a centralitás függvényében, ahogy a deuteron nukleonjai egyre több ütközést szenvedtek el az Au atommagban, és ezért egyre nagyobb valószín¶séggel fékez®dhet-tek le annyira, hogy midrapiditás környékén defékez®dhet-tektálhassuk ®ket. Ezzel szemben az adatokban nem látjuk az antiproton-proton arány centralitás-függését. Talán az egyetlen modell, amely megfelel®en visszaadja a kísérleti adatokat, a Kvark-Gluon-Húr Modell (QGSM, Quark Gluon String Model), de csak akkor, ha a modellben a barionszám-transzportért felel®snek gondolt String Junction objektumokat is számításba veszik a szerz®k [159]. Mivel a d+Au ütközések kontrollként szolgálnak a nehézion-ütközések interpretációjához is, a barion-transzport
megér-3.1 A töltött részecskék száma és részecskearányok 45
(GeV) s
NN1 10 102
c.m.
>/<p> near y p <
0 0.5 1
Heavy Ions:
E866 (AGS) NA44 Prelim. (SPS) NA49 Prelim. (SPS) PHOBOS
Proton Proton:
Rossi et al. (ISR) Guettler et al. (ISR) NA27 (SPS) PHOBOS UA2 (SPS)
20. ábra. Antiproton-proton arány midrapiditás közelében a√
sN N ütközési energia függvényében (anti)proton-proton (üres szimbólumok) [160164] és centrális A+A (teli szimbólumok) [138,145150]
ütközések esetén. A hibavonalak magukba foglalják a statisztikus és szisztematikus hibákat is.
tése ezekben az elemibb ütközésben nem kerülhet® meg a nehézion-ütközések dinamikájának helyes magyarázatához.
Érdemes a nehézion-ütközésekben kapott antiproton-proton arányokat elemi, proton-proton ütközésekkel is összehasonlítani. Ez látható a 20. ábrán a √
sN N függvényében; a proton-proton ütközések adatai a PHOBOS [160] kísérletb®l és alacsonyabb energiákon végzett méré-sekb®l [161164], a nehézion-adatok a [138,145150] publikációkból származnak. Ezt az arányt a bariontranszport és a barion-antibarion párok keletkezésének együttese határozza meg. Lát-ható, hogy a nehézion-ütközésekben mért arányok akkor feleltethet®k meg a nukleon-nukleon ütközésekben mért arányoknak, ha az utóbbiakat jóval kisebb ütközési energián tekintjük. Ez azért jelent®s, mert pl. a vezet® barion jelenség miatt a keletkezett részecskék számát illet®en ezzel éppen ellentétes szabályosság gyelhet® meg, tehát ahhoz, hogy nukleonpáronként ugyan-annyi keletkez® részecskét kapjunk, a proton-proton ütközéseket jóval nagyobb ütközési energián kell végrehajtani (amiatt, hogy a nehézion-ütközések hatékonyabban fordítják részecskekeltésre a nyalábenergiát). Mindez er®sen arra utal, hogy nehézion-ütközésekben a barionok rapiditása sokkal jobban megváltozik, mint proton-proton ütközésekben, és ez csökkenti az antiproton-proton arányt midrapiditásnál. Megállapíthatjuk tehát, hogy a részecske-arányok mérése sok információt ad az ütközések dinamikájáról amellett, hogy kísérletileg általában könnyen és pre-cízen mérhet® mennyiség.