Ismertető
2010 februárjában a RHIC gyorsító PHENIX kísérlete a direkt foton spektrum publikálásával bizonyította, hogy a 200 GeV-es Au+Au ütközésekben legalább 300 MeV-es kezdeti hőmérsékletek, mintegy 15 GeV/fm3-nek megfelelő energiasűrűségek jönnek létre. Ezek a kezdeti hőmérsékletek lényegesen meghaladják a hadronok létezésének felső határhőmérsékletét, a T(Hagedorn) ~ 170 MeV-et, ilyen óriási hőmérsékleteken a RHIC-ben talált tökéltes folyadék nem lehet hadronikus természetű. Valóban, az elliptikus folyás a transzverz kinetikus energia függvényében kvarkszám skálázást mutat. Ezek az adatok bizonyítják, hogy a RHIC sqrt(s(NN)) = 200 GeV-es Au+Au ütközéseiben kvark-gluon plazma jött létre, amely a várakozásokkal ellentétben erősen csatolt és közel tökéletesen folyik: kinematikai viszkozitása szignifikánsan kisebb, mint a szuperfolyékony 4He viszkozitása a lambda-pont közelében. A 2010-es és a jelenleg is folyó 2011-es adatfelvételi periódusban a RHIC gyorsító megkezdte kutatásainak új szakaszát, a nehézion ütközések energiájának csökkentésével, valamint az aszimmetrikus U+U ütközések vizsgálatának kezdetével, és tovább folytatja, a világon legnagyobb energiákon, a polarizált proton + polarizált proton ütközések tanulmányozását a proton spin rejtély megfejtésére. A RHIC nehézionfizikai kutatásainak jelen szakaszában a mérések célja a QCD kritikus pontjának lokalizálása, és az sqrt(s(NN)) = 200 GeV-en bizonyítottan szinte teljesen belső súrlódás nélkül folyó kvarkfolyadék megjelenésének feltérképezése. Ehhez detektor szintű feladatunk a PHENIX nullafoki kaloriméter (ZDC) és a Beam-to-Beam Counter (BBC) aldetektorok Geant szimulációja a Fermi-mozgás és a spektátorok klaszterizációjának figyelembe vételével az sqrt(s(NN)) = 5 - 62 GeV ütközési energia tartományban. A kritikus opaleszcencia fizikai kémiából jól ismert jelenségének nagyenergiás fizikai alkalmazásával, valamint a korrelációs exponens ütközési energia és centralitásfüggésének megmérésével tervezzük a QCD kritikus pontját lokalizálni. Ehhez az optikai opacitást mint új, általunk bevezetett mérhető mennyiséget tervezzük alkalmazni a RHIC adatok analízisében. A kritikus pont lokalizálása után a kritikus exponensek meghatározásával jellemezzük majd a QCD kritikus pontjának univerzalitási osztályát. A korrelációs függvény kritikus exponensét az általunk javasolt Lévy eloszlások alkalmazásával tervezzük meghatározni. Az elliptikus folyás kvarkszám skálázásának gerjesztési függvényét megmérve pedig meghatározzuk a tökéletes kvarkfolyadék megjelenésének a tartományát a centralitás és az ütközések energiájának a függvényében. A dilepton spektrumban található alacsony invariáns tömegekhez és kis transzverz impulzusokhoz tartozó jelentős növekmény eredetét az eta' mezonok tömegmódosulásának feltételezésével vizsgáljuk két különböző csatornában, a pionok Bose-Einstein korrelációs függvényének, és a dileptonok spektrumainak a segítségével. Bekapcsolódunk a PHENIX standard EXODUS dilepton spektrum modell továbbfejlesztésébe az eta' tömegmódosulásának figyelembe vételével, és a témához csatlakozott dilepton szakértő csoport alacsony energiás tapasztalatainak a felhasználásával kaszkád típusú számításokkal is ellenpróbát végzünk.
A TOTEM kísérlet első konstrukciós fázisa 2011 februárjára sikeresen befejeződött: működnek a Roman Pot, a T1 és a T2 aldetektorok és belső kollaborációs ellenőrzés, előkészület alatt vannak az első publikációk. A TOTEM a többi CERN LHC kísérlethez hasonlóan a CERN vezetésének szakmai felügyelete, ellenőrzése alatt áll, az első eredményeit nyilvánosságra hozta a CERN LHC Resource Review Boardnak (melynek a témavezető is tagja) valamint a CERN LHC Committeenek is . Szép siker volt, hogy a TOTEM Roman Pot detektoraink érzékelték az első diffraktív protont az LHC-nál, és már 2009 decemberében megszülettek első előzetes eredményeink, sikeresen demonstrálva, hogy a TOTEM megkezdte működését. Természetesen az eredmények véglegesítéséhez szükség van a TOTEM aldetektorainak pontos kalibrálására, és a 440 m-es teljes hosszban a TOTEM detektor geometriai (alignment) vizsgálatai sem voltak a midrapiditás detektorokhoz hasonlóan kozmikus sugárzás segítségével végrehajthatóan. Ezért az első TOTEM publikációk megjelenése 2011-ben várható. E mérésekhez a magyar csoport a korábbi OTKA támogatás keretére mintegy 120 kCHF anyagi és emberi erőforrás beruházásával járult hozzá, többek között a Roman Pot detektorok elektronikáján, az adatgyűjtő és online monitoring rendszer feljesztésébe való bekapcsolódáson, és a TOTEM Detektor Kontroll Rendszer (DCS) fejlesztésébe való bekapcsolódáson keresztül. A TOTEM T1 és T2 teleszkópok teljes installációja és DCS rendszerének kiépítése után első célunk a nagy impulzusátadású rugalmas p+p szórás differenciális hatáskeresztmetszetének a meghatározása és analízise, és a proton-proton szórás hatáskeresztmetszet energiafüggésének meghatározása, ami azért is igen érdekes, mert az első LHC adatok ennek a hatáskeresztmetszetnek a vártnál erősebb emelkedésére utalnak, és azért is igéretes, mert a RHIC-nél végrehajtott méréseink a kisszögű, előre történő szórások esetében az erős kölcsönhatás új tartományának, a színes gluonüveg kondenzátumnak a megjelenésére utalnak Au+Au ütközésekben. Várhatóan a TOTEM detektor kinematikai tartományában mélyebben is tanulmányozhatjuk majd ezt az érdekes és ígéretes, új QCD tartományt. Elméleti kutatásainkat a fenti kísérleti adatok analíziséhez idomítjuk, célunk a dilepton spektrum részletes és több oldalú modellezése (különös tekintettel az eta és eta' mezonok lehetséges tömegmódosulására), a RHIC Au+Au ütközéseinek háttereként szolgáló egzakt hidrodinamikai megoldások feltérképezésének további folytatása, a hidrodinamikai kép tesztelése a RHIC és az LCH rugalmatlan p+p szórásainak vizsgálatára. A diffraktív p+p szórás területén elméleti együttműködéseinket új diákok és vezető kutatók bevonásával megerősítjük, és olyan modelleket dolgozunk ki, amelyek alkalmasak az adatokkal való összehasonlításra és annak eldöntésére is, hogy a proton mennyire lesz feketébb, élesebb határú és nagyobb a bombázó energia növekedtével. Ezáltal fundamentális információt szerezhetünk a protonok szerkezetéről és a proton szerkezet energiafüggéséről.