Bose-Einstein-korrelációk vizsgálata ólom-ólom ütközésekben az LHC CMS kísérletében Fizika, Földtudományok és Matematika

35 OTDK, Fizika, Földtudományok és Matematika Szekció, Nagyenergiás fizika Tagozat.

Bose-Einstein-korrelációk vizsgálata ólom-ólom ütközésekben az LHC CMS kísérletében

Hallgató: Kórodi Balázs
Szak: Fizika, Képzés típusa: bsc, Intézmény: Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kar: Természettudományi Kar

Témavazető: Csanád Máté - docens, Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar

A Világegyetem működésének megértéséhez elengedhetetlen az azt irányító kölcsönhatások ismerete. A tudomány mai álláspontja szerint négy alapvető kölcsönhatást különböztetünk meg: a gravitációs, az elektromágneses, a gyenge és az erős kölcsönhatást. Utóbbi a kvarkok és a gluonok közötti kölcsönhatás, melyet a kvantum-színdinamika (QCD) elmélete ír le. Ezt a kölcsönhatást kísérletileg (többek között) a nagyenergiás nehézionfizikai ütközések során létrejövő kvark-gluon plazma (QGP) vizsgálatával kutathatjuk.

A kvarkanyag téridőbeli geometriájának megismerésében a legfontosabb módszer a Bose-Einstein-korrelációs függvények mérése. Ez az adott típusú elemi részecskék megkülönböztethetetlenségén alapul, melyből közvetlenül következik (bozonok esetén) a kétrészecske hullámfüggvény szimmetrikussága. Ennek az egyszerű ténynek köszönhetően megjelenik egy korreláció a kvark-gluon plazma hadronizációja után kirepülő bozonok impulzusa között. Ezt nevezzük HBT-jelenségnek, illetve a megfigyelt korrelációt Bose-Einstein-korrelációnak. Kiderül az is, hogy a korrelációs függvény mérésével a forrás, jelen esetben a kvark-gluon plazma geometriájáról, időbeli változásáról nyerhetünk információt. Ezzel a módszerrel tehát egy ''mikroszkópot'' kapunk, amellyel femtométer skálájú objektumokat vizsgálhatunk. Ebből eredően ezt a tudományterületet femtoszkópiának is nevezik.

Az utóbbi évek kutatásai rámutattak, hogy a forrás alakjára eleinte feltételezett Gauss-eloszlás nem megfelelő közelítés. Az egyre nagyobb mennyiségben rendelkezésre álló, egyre pontosabb adatokat az általánosabb Lévy-típusú eloszlás használatával sikerült leírni. Az eloszlás paramétereinek meghatározásával megkapjuk a korreláció erősségét megadó paramétert, továbbá az eloszlás alakját jellemző Lévy-exponenst, valamint a forrás geometriáját jellemző homogenitási hosszt.

Tudományos diákköri munkám során az LHC CMS kísérlete által rögzített ólom-ólom ütközések adatait vizsgáltam. Először egyszerűen elemezhető adatstruktúrát alakítottam ki, majd az események megfelelő szelektálása után megmértem a Bose-Einstein-korrelációs függvényeket. Végül a kapott eredményekre Coulomb-korrigált Lévy-eloszlást illesztettem. Az illesztés paramétereiből következtetéseket tudtam levonni a kísérlet során keletkezett kvark-gluon plazma tulajdonságait illetően.