Azimuthal Angular Description of Jet Quenching at High pT

Författare

Vytautas Vislavicius

Summary, in Swedish

Vanligen beskrivs universums ursprung genom den så kallade Big Bang-teorin. Man skall emellertid inte förstå detta som en stor, kraftig explosion i rymden, eftersom varken rum eller tid existerade innan Big Bang. Även om frågan om vad som orsakade Big Bang inte har besvarats, pekar observation på att allt – inkluderande galaxer, stjärnor och planeter, ja även rumtiden själv – har sitt ursprung i en enda punkt. Denna punkt var mindre än en atomkärna, men ändå oändligt het och tät. Av okänd anledning började denna lilla punkt expandera: rummet sträcktes ut snabbare än ljushastigheten och tog materien med sig. Expansionen var så kraftig att volymen fördubblades var 10^{-24} sekund innan expansionen bromsades in till vad som kan observeras idag.

Det nyfödda universum var så hett och tätt att ingen normal materia – varken atomkärnor eller nukleoner – kunde existera. Istället var materiens beståndsdelar kvarkar och gluoner och detta materietillstånd kallas ett kvark-gluon plasma (QGP). Materien fortsatte att expandera samtidigt som den avkyldes. Det är fortfarande bara en filosofisk fråga huruvida den fundamentala växelverkan i denna materia - vilket i huvudsak är den starka kraften – av en ren slump råkar ha precis de egenskaper som den har. Emellertid blev kraften mellan plasmans beståndsdelar större i takt med avkylningen och till sist bildades de första nukleonerna, dvs. protoner och neutroner.

Så småningom slogs nukleonerna ihop och bildade atomer som i sin tur bildade ännu större strukturer och slutligen bildades stjärnor och planeter. Den första stjärnan bildades ungefär 380000 år efter Big Bang. Vad har hänt sedan dess? Ungefär 13,7 miljarder år av slump och evolution, både på universellt och biologiskt plan, har lett fram till en varm och skön planet som vi kallar Jorden, med bakterier, dinosaurier och slutligen människor.

Idag har utvecklingen inom både teknologi och metodologi gjort det möjligt för oss att se allt längre tillbaks i tiden och därmed tillbaka i universums historia. Kosmologiska observationer är begränsade bakåt till den tid då den första strålningen uppstod, men teoretiska modeller går mycket längre tillbaka än så. I själva verket visar upptäckter under de senaste 50 åren att ett QGP kan skapas i laboratoriet genom att låta tunga atomkärnor kollidera med varandra vid mycket höga kollisionsenergier. Med andra ord, med de verktyg vi har till vårt förfogande idag kan man återskapa den materia som fanns i universum bråkdelar av en sekund efter Big Bang.

Att skapa ett QGP är en sak. Att förstå hur universum utvecklades är en annan och för att förstå detta måste denna återskapade materien analyseras noggrant. Detta är lättare sagt än gjort – expansionen och avkylningen av det skapade QGP sker så snabbt, att det inte finns något sätt att observera vad som händer under det korta ögonblick QGP existerar. Den enda möjlighet man har att studera processen är genom att mäta på den materia som finns i slutstadiet, dvs. de producerade partiklarna och deras energier. Dessutom finns det inget trivialt sätt att från topologin hos en kollision få information om egenskaperna hos det ursprungligen skapade materietillståndet. Därför räcker det inte ett rekonstruera kollisionen utan man måste dessutom använda en del av dessa partiklar som testpartiklar som undersökt plasmat.

I min avhandling kommer jag att visa att det finns ett enkelt, men också effektivt, sätt att, genom att relatera två mikroskopiska kvantiteter med varandra, få ett begrepp om hur QGP expanderar. Jag kommer också att presentera en ganska naiv uppskattning av det troligtvis dominerande sätt på vilket partiklarna förlorar energi genom gluon-strålning vid passagen genom plasmat. Detta bör, om inte annat, kunna vara en god grund för vidare forskning inom detta område.

Avdelning/ar