Quark-Gluon-Plasma at Brookhaven and CERN

Abstract

For thousands of years we humans have asked ourselves the same question; what does our universe consist of and how does it work? One step in the direction to solve this mystery is to understand how the universe behaved just a few fractions of seconds after Big Bang. It is today believed that the matter present at this time consisted of a so called QGP. This is a kind of matter where the quarks and gluons are free from each other. If we can understand the QGP we might understand more about the laws of our universe. This thesis is an easy-to-read introduction, appropriate for physicists not specialized in high energy physics, where I have gathered information to give a brief insight in subject QGP. The first few chapters contain general particle physics with a special weight towards the quarks, gluons and the strong interaction. Also proton-proton-collisions, nucleus-nucleus-collisions and their role in the hunt for QGP are discussed. In the latter chapters the discussion is directed towards the QGP. First we discuss what it is and how we can detect it. The two last chapters will briefly treat the experiments and the results. It should be mentioned that the experiments are being preformed as this thesis is written. At the moment, one of the more interesting things discovered is that the QGP behaves like a fluid, and not like a gas as predicted.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning

Universums byggstenar

Redan för flera tusen år sedan funderade de gamla grekerna på vad vår värld är uppbyggd av och hur den fungerar. Dessa greker är idag tyvärr döda, men deras frågor lever kvar än idag, hetare än någonsin tidigare. Vad de kanske inte hade räknat med är hur vi idag tänker finna svar på dessa frågor.

I början av 1900-talet påbörjades formuleringen av en teori för att beskriva just hur universums fundamentala partiklar beter sig, den s.k. Standardmodellen. Sedan dess har Standardmodellen visat sig vara mycket framgångsrik, både avseendet att beskriva redan kända fenomen men även i att förutspå andra. Dessvärre är modellen som den ser ut idag inte komplett. Den klarar av att beskriva den elektromagnetiska, svaga och starka kraften, men klarar t.ex. inte av att beskriva gravitationskraften. Detta och andra tillkortakommanden gör att forskning pågår för att komplettera Standard-modellen.

En del av forskningen går ut på att förstå hur kvarkar (partiklar som bygger upp t.ex. protoner och neutroner) beter sig vid mycket höga energier. Vid normala energier sitter kvarkarna ihop, antingen i par eller i trippletter. Enligt Standardmodellen gör de det eftersom en partikel som kallas gluon håller ihop kvarkarna på ett sätt som kan liknas vid hur en fjäder håller ihop två kulor. Det man vill undersöka är hur kvarkarna och gluonerna beter sig vid höga energier, där dessa tänkta fjädrar har släppt, i ett tillstånd som kallas kvarkgluonplasma (förkortat QGP på engelska).
Hur undersöker man kvarkgluonplasmat?
För att skapa detta högenergetiska tillstånd, då kvarkar och gluoner bildar ett plasma, krävs att atomkärnor accelereras till hastigheter nära ljusets innan de kolliderar med varandra. För tillfället är det endast två acceleratorer i världen som klarar av detta, RHIC vid BNL och LHC vid CERN. Vid RHIC, som togs i bruk några år tidigare än LHC, har man lyckats skapa QGP och undersöka det. Man har bland annat kommit fram till att det beter sig som en vätska istället för en gas som man väntade sig. Under de kommande åren kommer energierna vid LHC att kraftigt överstiga de man kan uppnå vid RHIC. Om något nytt fenomen kommer att upptäckas tack vare detta återstår att se.

Det jag har gjort under kursens gång är att skriva ett arbete. I de första delarna av detta arbete, har jag fokuserat på delar av Standardmodellen och teori för partikelkollisioner som är nödvändiga för att förstå QGP och experimenten för att skapa detta. I de senare delarna diskuteras QGP, resultaten hittills och experimenten.

• author: Nordin, Fredrik
• supervisor: Evert Stenlund
• organization: Department of Physics; Particle and nuclear physics
• course: FYSK01 20111
• year: 2011
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• language: English
• id: 2027379
• date added to LUP: 2011-07-15 09:29:41
• date last changed: 2015-12-14 13:33:08