|
 |
Details of project |
|
|
| Identifier |
123959 |
| Type |
FK |
| Principal investigator |
László, András |
| Title in Hungarian |
Konzorcium, társ p.: Az erősen kölcsönható anyag szisztematikus vizsgálata SPS, RHIC és LHC energiákon |
| Title in English |
Consortional assoc.: Systematic investigation of the strongly interacting matter from SPS through RHIC to LHC energies |
| Keywords in Hungarian |
erős kölcsönhatás, QCD, femtoszkópia, pA fizika, SPS, RHIC, LHC, fázisdiagram, QGP |
| Keywords in English |
strong interaction, QCD, femtoscopy, pA physics, SPS, RHIC, LHC, phase diagram, QGP |
| Discipline |
| Physics (Council of Physical Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Physics |
|
| Panel |
Natural Sciences Committee Chairs |
| Department or equivalent |
High Energy Physics Department (Wigner Research Centre for Physics) |
| Participants |
Csörgő, Tamás
Fodor, Zoltán
Márton, Krisztina
METZGER, Wesley James
Novák, Tamás
Siklér, Ferenc
Ster, András
|
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2022-05-31 |
| Funding (in million HUF) |
18.920 |
| FTE (full time equivalent) |
14.13 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az elmúlt években összegyűlt RHIC illetve LHC eredmények arra utalnak, hogy nagyenergiás nehézion-ütközések során közel tökéletes folyadék típusú anyag alakul ki: az ütközés után kialakult közegben a kvarkok közel nulla szabad úthosszal rendelkeznek a teljes tűzgolyó rendszerméretéhez képest. Az ide vonatkozó SPS eredmények még nincsenek teljesen megértve ebből a szempontból. Kutatásunk egyik fő célja a keletkező közeg Lévy-femtoszkopikus vizsgálata. Ezzel a technikával módunk nyílik a kvark-hadron átmenet kritikus pontjának (CEP) létezését tanulmányozni, valamint univerzalitási osztályát meghatározni. A CEP-et a femtoszkópián kívül hidrodinamikai módszerekkel is tervezzük vizsgálni, az SPS-től a RHIC energiákig. További célunk koherencia keresése hadronkeltés során, valamint egy új, forró és sűrű, helyreállt UA(1) szimmetriájú halmazállapot potenciális jelenlétének kimutatása. Ez utóbbi kérdést SPS, RHIC és LHC adatok elemzésével tervezzük vizsgálni. Terveink közt szerepel továbbá, hogy kis rendszereket, azaz pp, illetve pA ütközéseket vizsgáljunk az SPS-től az LHC-ig, az ütközési centralitás figyelembevételével. Ezen vizsgálatok során annak megállapítása a cél, hogy jelen van-e hadronikustól eltérő halmazállapot ilyen ütközésekben.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az SPS, RHIC és LHC gyorsítókon végzett kutatás hozzásegítette a nemzetközi kutatói közösséget az erős kölcsönhatással kapcsolatos számos kérdés megválaszolásához. Számos nyitott kérdés maradt azonban, melyek közül felsoroljuk azokat, melyek megválaszolásához kutatásunk várhatóan hozzájárul:
- Meg tudjuk erősíteni azt az előzetes eredményt, hogy a QCD kritikus pontja 50 GeV/nukleon ütközési energiánál található, vagy pedig lejjebb, SPS energiákon találunk rá bizonyítékot? Ha létezik a kritikus pont, milyen értéket és hibát tudunk mondani elhelyezkedésére? Mik a tulajdonságai, univerzalitási osztálya? Megfigyelhető a közelében az állapotegyenlet lágyabbá változása?
- A részleges UA(1) szimmetria visszaállást illetve az eta' tömegcsökkenést meg lehet erősíteni femtoszkópiai eredményekkel, valamint a foton illetve dilepton csatornákban végzett megfigyelésekkel?
- Bizonyítható a koherens részecskekeltés a tűzgömb kifagyása során? Ha igen, hogyan változik a koherensen keltett részecskék aránya az ütközés és a részecskék kinematikájának függvényében?
- Kis rendszerekben milyen energiákon kezdődik a belső szabadsági fokok felszabadulása? Hogyan tudjuk meghatározni az események centralitását proton-mag ütközésekben? Mennyiben különbözik az atommag-atommag ütközésekben mért részecskeprodukciós spektrum a proton-mag ütközésekben mért részecskehozamok lineáris szuperpozíciójától, ahol a szuperpozíciós súly a nukleáris vastagság?
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Pályázatunk témája a nagyenergiás nehézion-fizikához kötődik. A kutatási terület jelentőségét az adja, hogy bepillantást enged az univerzum keletkezését követő mikromásodpercekben jelenlévő anyag természetébe; valamint a kölcsönhatás természetébe, mely ezt az anyagot uralja: az erős kölcsönhatásba. Kutatásunk ennek a közegnek a téridőbeli szerkezetét, állapotegyenletét és hadronokba való átalakulását segít megérteni. A kapott válaszok az erős kölcsönhatás természetét világítják meg. Kutatásaink várható eredményei a korábban vázoltakon túl a következő témakörökhöz adnak majd jelentős hozzájárulást:
- a QCD fázisszerkezetének pontos megértése, különösen a kritikus pont körül, az SPS gyorsítónál működő NA61 kísérlettel, a RHIC gyorsítónál működő PHENIX kísérlettel, valamint az LHC gyorsítónál működő CMS kísérlet segítségével;
- az eta' mezon jelentős (legalább 200 MeV) tömegcsökkenésének kísérleti megerősítése avagy cáfolata nagyenergiás nehézion-ütközésekben (indirekt bizonyítékok már vannak rá, áttörő eredmény lehetne);
- a lehetséges koherens pion-produkció számszerűsítése SPS, RHIC és LHC energiákon;
- a nagyenergiás ütközésekben keletkező QCD-anyag időfejlődésének megértése, beleértve a kezdeti tűzgolyó perdületét nem-centrális ütközésekben;
- AA ütközések pontosabb megértése az egyszerűbb pp illetve pA ütközésekkel való újszerű összehasonlítás által;
- TPC kamrák fejlesztése (a felsorolt várható eredmények által motiválva).
Végül, de nem utolsósorban megemlítjük, hogy a fizika népszerűsítésére is jelentős erőforrásokat fordítunk.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A kvantumszíndinamika (QCD) által modellezett erős kölcsönhatás az az erő, mely az atommagokat is alkotó protonokat illetve neutronokat egyben tartja. Eme modell elemi részecskéi a kvarkok és gluonok, melyek az elmélet szerint ún. színtöltést hordoznak. Ezen elemi részecskék azonban szabadon nem figyelhetők meg, szín-semleges kötött állapotokba, ún. hadronokba vannak zárva (a protonok és a neutronok is ilyen típusú részecskék). A QCD-t nagyenergiás atommag-ütközésekkel lehet tanulmányozni, ahol az atommagot alkotó anyag várhatóan elemi kvarkokból és gluonokból álló közeggé alakul. Ultrarelativisztikus sebességre gyorsított nehéz atommagok ütközései, a "Kis Ősrobbanások" az SPS, RHIC illetve az LHC gyorsítóknál üzemelő ütközőnyalábos vagy fix céltárgyas kísérleteknél valósíthatók meg. Kitűzött célunk a kvark-gluon közeg szerkezetének femtométer skálán való feltárása, valamint a hadronikus anyagba való átmenetének vizsgálata. Fő vizsgálati irányunk az erősen kölcsönható anyag kollektív viselkedésének részletes feltérképezése.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Recent results from RHIC and LHC indicate that in high energy heavy ion collisions, a nearly perfect fluid is created: quarks are found to move with a mean free path that approaches nearly zero, as compared to the size of the fireball created in these collisions. Results from SPS are still not fully understood from this aspect. One of the main goals of our research proposal is to analyze the created medium via Lévy type femtoscopy. With this, we may be able to confirm the existence and characterize the universal properties of the critical end point (CEP) of the quark-hadron transition. We propose to study the CEP also via hydrodynamic and correlation studies, from SPS to RHIC energies. It is also our goal to search for coherence in hadron production, as well as for a new state of hot and dense matter with restored UA(1) symmetry, by analyzing SPS, RHIC and LHC data. Furthermore, we plan to analyze small systems from pp to pA, from SPS to the LHC, to get a handle on centrality, and assess the possibility of a non-hadronic matter created in these collisions.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The research at SPS, at RHIC and at the LHC helped the international scientific community to understand many details of the strong interaction. There are however still many open questions, and here we give the ones whose answers we plan to contribute to:
- Can we confirm the first results on the location of the critical endpoint of QCD at approximately 50 GeV/nucleon collision energies, or shall we look at lower, SPS energies? What are the precise values and the uncertainties on the location of the QCD CEP on the phase diagram? If it exists, what are the characteristics of the CEP? In its vicinity, can one observe the softening of the QCD equation of state via a residual tilt angle of the fireball?
- Can the indirect observation of partial UA(1) symmetry restoration and that of a mass drop of the eta' meson be confirmed by direct observations in the dilepton and photon channels? Can specialized pion correlation measurements also confirm the first indirect observations?
- Can the coherence in hadron production be experimentally proven? If yes, what is the amount of coherently produced particles, as a function of particle and collision properties?
- Where is the onset of deconfinement in small systems? How can we determine event centrality in proton-nucleus collisions? To what extent do particle production spectra in nucleus-nucleus collisions differ from a linear superposition of yields measured in proton-nucleus collisions, with the nuclear thickness as weight?
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Our proposal features basic research in the field of high energy heavy ion physics. The field itself is important, as it gives us a chance to understand the nature of the matter of the universe microseconds after its birth; as well as the force that governs it: the strong interaction. Our research aims to understand the space-time structure of this medium, what its equation of state is and how it transforms to hadrons. The answers to these questions help to have a better understanding and a more complete picture of the strong interaction. Besides this basic scientific significance, answers to the concrete questions of our proposal could lead to our unique contributions to:
- a detailed understanding of the phase structure of QCD matter, in particular the vicinity of the critical point, using the NA61 experiment at the SPS, the PHENIX experiment at RHIC and the CMS experiment at the LHC;
- confirmation or rejection of the indirect observation of a large (at least 200 MeV) mass-drop of the eta' meson in high energy heavy ion collisions, a possible breakthrough type of discovery;
- quantification of the possibility of coherent pion emission from SPS through RHIC to LHC energies;
- the deeper understanding of the time evolution of the QCD matter created in high energy collisions, including the angular momentum of the fireball created in non-central reactions;
- better understanding the similarities and the differences between pp, pA and AA collisions;
- advances in the development of TPC chambers (motivated by the expected physics results).
Last but not least, let us mention, that we put substantial emphasis on outreach.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The strong interaction, modeled by quantum chromodynamics (QCD), is responsible for keeping the constituents of nuclei: protons and neutrons together. The fundamental particles of the model, called quarks and gluons, carry the so called color charge of the theory. These particles are, however, confined in color charge neutral bound systems, called hadrons (of which protons and neutrons are two examples). QCD can be studied in extremely energetic collisions of nuclei, where nuclear matter is expected to be transformed into a medium of quarks and gluons. Ultra-relativistic collisions of heavy nuclei, so called "Little Bangs", can be produced at collider or fixed target experiments at the SPS, RHIC and LHC accelerators. Our aim is to analyze the femtometer structure of the quark-gluon medium and its transition into hadronic matter. The main goal is to explore the detailed collective properties of strongly interacting matter.
|
|
|
|
|
