Física nuclear d'alta energia

La física nuclear d'alta energia estudia el comportament de la matèria nuclear en règims energètics típics de la física de partícules. L'objectiu principal d'este camp és l'estudi de les colisions de ions pesats, en contrast en els àtoms més llaugers en els que es treballa en uns atres acceleradors de partícules. En suficients energies de colisió, es pensa que este tipo de colisions poden produir plasma de quarks-gluones. En colisions nuclears perifèriques a altes energies s'espera obtindre informació sobre la producció electromagnètica de leptones i posades que no són accessibles en els colisionadores electró-positrón per les seues lluminositat molt més menudes.

Tecnologies amprades

Experiments anteriors en acceleradors nuclears d'alta energia han estudiat colisions de ions pesats utilisant proyectils en energies d'1 GeV/nucleón en el JINR i en el LBNL-Bevalac, i de fins a 158 GeV/nucleón en el CERN-SPS. Els experiments d'este tipo, cridats experiments de "objectiu fix", acceleren principalment un grup de ions (normalment al voltant de 10⁶ a 10⁸ per grup) a velocitats propenques a la de la velocitat de la llum (0,999c) i es fan colisionar contra un objectiu de ions pesats similars. Si ben tots els sistemes de colisió han segut objecte d'interés, a finals de la década de 1990 es va prestar gran atenció als sistemes de colisió simètrica de fas d'or sobre objectius d'or en el Sincrotrón de Gradient Altern (AGS) del Laboratori Nacional de Brookhaven; i als fas d'urani sobre objectius d'urani en el Super Proton Synchrotron de l'Organisació Europea per a l'Investigació Nuclear .

Els experiments de física nuclear d'alta energia continuen en l'Accelerador relativiste de ions pesats (RHIC) del Laboratori Nacional de Brookhaven i en el Gran colisionador de hadrones de l'Organisació Europea per a l'Investigació Nuclear. En el RHIC, el programa va començar en quatre experiments (PHENIX, STAR, PHOBOS i BRAHMS), tots dedicats a estudiar colisions de núcleus altament relativistes. A diferència dels experiments en objectius fixos, els experiments en colisionadores dirigixen dos fas de ions accelerats entre sí (en sis regions d'interacció en el cas de el RHIC, a on els ions es poden accelerar depenent del tamany del ion des de 100 GeV/nucleón fins a 250 GeV/nucleón). Ya que cada ion en colisió posseïx esta energia que orientada en sentits oposts, les colisions poden alcançar una energia de colisió màxima de 200 GeV/nucleón per a l'or i de 500 GeV/nucleón per als protones.

El detector ALICE (A Large Ion Collider Experiment) de el LHC de el CERN està especialisat en estudiar les colisions de núcleus de Pb-Pb en una energia en el centre de masses de 2,76 TeV per parell de nucleones. Tots els principals detectors de el LHC (ALICE, ATLAS, CMS i LHCb) participen en el programa de ions pesats.

Història

L'exploració de la matèria hadrónica calenta i de la producció multipartícula té una llarga història iniciada pel treball teòric realisat per Enrico Fermi en els EE. UU. i Lev Landáu en la URSS. Estos treballs pioners varen aplanar el camí per al desenroll a principis de la década de 1960 de la descripció tèrmica de la producció de multipartículas i el model d'arrancada estadística ideada per Rolf Hagedorn, que varen dur a la busca i descobriment del plasma de quarks-gluones. El començ del desconfinamiento d'esta nova forma de matèria permaneix baix investigació activa.

Primeres colisions

Les primeres colisions de ions pesats en condicions fins a cert punt relativistes es varen portar a terme en el Laboratori Nacional Lawrence Berkeley (LBNL, anteriorment LBL) en Berkeley, Califòrnia, EE. UU., i en l'Institut Central d'Investigacions Nuclears (JINR) en Dubná, Óblast de Moscou, URSS. En el LBL es va construir una llínea per a transportar ions pesats des de l'accelerador de ions pesats HILAC al Bevatrón. L'escala d'energia al nivell d'1 a 2 GeV per nucleón alcançada inicialment produïx matèria nuclear comprimida en una densitat nuclear poques voltes major a la normal. La demostració de la possibilitat d'estudiar les propietats de la matèria nuclear comprimida i excitada va motivar programes d'investigació a energies molt més altes en els acceleradors disponibles en el BNL i en l'Organisació Europea per a l'Investigació Nuclear en fas relativistes dirigits a objectius fixos de laboratori. Els primers experiments en colisionadores varen començar en 1999 en el RHIC, i el LHC va començar a fer colisionar ions pesats en un orde de magnitut d'energia major en 2010.