Plazma Nedir? Maddenin Yeni Hali: Kuark-Gluon Plazması
Plazma, Kimya ve Fizikte "iyonize olmuş gaz" anlamına gelmektedir. İyonize gaz için kullanılan plazma kelimesi 1920 li yıllardan beri fizik literatüründe yer etmeye başlamıştır. Kendine özgü niteliklere sahip olduğundan, plazma hali maddenin katı, sıvı ve gaz halinden ayrı olarak incelenir. Katı bir cisimde cismi oluşturan moleküllerin hareketi cok azdır, moleküllerin ortalama kinetik enerjisi herhangi bir yöntemle (örneğin ısıtarak) arttırıldığında cisim ilk önce sıvıya sonra da gaza dönüşür ki gaz fazında elektronlar gayet hızlı hareket ederler. Eğer gaz halinden sonrada ısı verilmeye devam edilirse iyonlaşma başlayabilir, bir elektron çekirdek çekiminden kurtulur ve serbest bir elektron uzayı meydana getirerek maddeye yeni bir form kazandırır. Atomun bir elektronu eksik olacak ve net bir pozitif yüke sahip olacaktır. Yeterince ısıtılmış gaz içinde iyonlaşma defalarca tekrarlanır ve serbest elektron ve iyon bulutları oluşmaya başlar. Fakat bazı atomlar nötr kalmaya devam eder. Oluşan bu iyon, elektron ve nötr atom karışımı, plazma olarak adlandırılır.
Evrende madde dört halde bulunur. Bunlar katı, sıvı, gaz ve plazma halidir. Mikroskobik açıdan plazma, sürekli hareket eden ve etkileşen yüklü parçacıklar topluluğu olarak ifade edilir. Plazma içinde nötral atom yada moleküllerin olması plazma halini değiştirmez.
Plazmanın birim hacim içindeki negatif yüklü parçacıkların sayısı (genelde elektronlar) pozitif yüklü parçacık sayısına (genelde iyonlar) yaklaşık olarak eşit olduğundan, plazma elektriksel olarak nötraldir.
İlk bakışta plazma halinin, özellikleri açısından gaz halinden çok farklı olmadığı izlenimi oluşmaktadır. Oysaki plazma çok önemli özelliklere sahiptir. Plazmanın temel karakteristik özellikleri aşağıda verilmiştir,
1) Yukarıda açıklandığı gibi plazma elektriksel olarak nötraldir ve plazma çok iyi bir iletkendir. Bazen gümüşün ve bakırın iletkenliğinden 102 kat daha fazla iletkenlik gösterebilmektedir.
2) Plazmanın içinde bir noktada bir pertürbasyon oluşursa, bu pertürbasyonun etkisi tüm plazmaya elektromagnetik dalga hızı ile taşınılır. Gaz halinde bu taşınım, akustik dalgaların hızıyla, akustik sinyalin taşınımına benzer. Gazların taşını mı sırasında parçacıklar arasındaki çarpışma kısa mesafelidir. Plazmanın taşınımı durumunda ise yüklü parçacıklar arasındaki etkileşim elektromagnetik dalgalar yardımıyla uzun mesafede olur.
3) Plazma elektriksel olarak nötral olmasına rağmen elektrik ve magnetik alanlarla etkileşebilirler.
4) Plazma koşullarındaki kimyasal reaksiyonlar (plazma-kimyasal reaksiyonlar), gaz fazındaki kimyasal reaksiyonlardan büyüklük mertebesi açısından çok daha hızlıdır.
Evrende en çok bulunan hal plazma halidir ve evrenin %99’undan fazlası plazma halindedir. Evrende ki tüm yıldızlar, Güneş, Gezegenler ve gezegenler arası boşluklar, üzerinde yaşadığımız dünyamız plazma halinden başlayarak bu günkü hallerini almışlardır. Gerçekte plazma hali bir maddenin ilk halidir. Plazma, doğal olarak kendisi ile, çevresi, elektrik ve magnetik alanlarla etkileşim biçimleri açısından kendine özgü niteliklere sahiptir. Plazma, iyonlar, elektronlar, yüksüz atom ve moleküller ile fotonlar dan oluşan, bazı atomlar iyonlaşırken bazı iyonların elektronlarla birleşip atoma dönüştüğü, protonların sürekli olarak bir yandan ortaya çıktığı bir yandan da soğutulduğu bir karışım olarak düşünülebilir.
Dünyamızda bulunan maddelerin büyük çoğunluğu katı, sıvı ve gaz hallerindedirler. Maddenin plazma hali örneğin, yıldırımda, mum alevinde, kutup ışığında ve neon lambaları gibi elektrik boşalmalı lambalarda gözlenir.
Plazmanın temel bir farka karşın gazlarla ortak belli sayıda mekanik özelliği vardır: Coulomb çekim ve ritimleri çok uzaklarda etkili olduğundan plazmanın her parçacığı diğeri ile sürekli olarak etkileşim halindedir.
İlginç bir farklılık olarak gazların boşalan her şeyi doldurma özelliği varken plazmanın ise, toplaşma özelliği görülebilir. Bir magnetik alanın etkisi ile elektrikli tanecikler alan çizgilerini etrafında helisel yörüngeler çizerek harekete başlar.
Plazmanın Özellikleri
a) Plazma dış ortama karşı elektriksel olarak nötrdür. Yani plazma içerisindeki pozitif yüklerin ( iyonların yükleri) sayısı, negatif yüklerin (elektronlar) sayısına eşittir.
b) Plazma içerisindeki ayrışma, iyonizasyon ve bu olayların tersi olan yeniden yapılanma olayları sürekli meydana gelir. Adı geçen bu olaylar kendi aralarında plazma içerisinde bir dinamik denge halinde bulunurlar.
c) Plazma iyi bir elektrik ve ısı iletkenidir. Plazma içerisindeki parçacıklar bir enerji taşıyıcısıdırlar. Dolayısıyla elektrik ve ısı enerjisini de iletirler (taşınırlar). Plazma içerisindeki hızlarının yüksek oluşu nedeniyle özellikle elektronlar elektrik ve ısı iletiminde esas rolü oynarlar.
d) Plazma yüksek sıcaklık ve enerji yoğunluğuna sahiptir. Plazmanın sıcaklığı, enerji yoğunluğu, iyonizasyon derecesi ( iyonize olmuş atom sayısının toplam atom sayısına oranı ) ve plazma çıkış hızı (elektron hızı) plazma ekseni üzerinde maksimumdur.
Plazmaya elektrik ve magnetik alan uygulandığında plazmada bir takım değişikliklere sebep olabilir. Plazma içerisindeki parçacığa Lorentz kuvveti etki eder (F=qE+qVB ).
Plazmanın birçok tanımı yapılır. Bunların hepsi bizi plazmanın yüklü parçacıklar topluluğu olduğu sonucuna götürür. Peki ama her yüklü parçacıklar topluluğu plazma mıdır? Tabi ki her yüklü parçacıklar topluluğuna plazma diyemeyiz. Bunu söyleyebilmemiz için incelediğimiz materyalin bazı özelliklerini bilmeli ve ona göre karar vermeliyiz. İşte bu karar verme sürecinde kullandığımız kıstaslar Plazma Parametreleridir. Bu parametreler sayesinde biz, çalıştığımız materyalin bir plazma olup olmadığını bulabileceğimiz gibi, o materyalin neyin plazması olduğunu da bulabiliriz.
Temel parametreler dışında plazma parametrelerini 6 ana başlık altında toplayabiliriz. Bunlar
- - Plazma sıcaklığı veya daha basitçe Elektron sıcaklığı.
- - Plazma Yoğunluğu
- - İyonizasyon Derecesi
- - Debye Uzunluğu
- - Plazma Frekansı
- - Plazma Beta (β) dır.
Plazmayı Oluşturan Elemanlar
a. Nötral atom ve nötral molekül: İhtiva ettikleri pozitif yüklerin sayısının, negatif yüklerin sayısına eşit olan atom veya moleküllerdir. Nötral bir moleküle, o elemente özel bir ayrışma enerjisinden daha büyük bir enerji verilirse, bu molekül atomlarına ayrışır.
b. İyon : İhtiva ettiği (+) yük sayısı, (-) yük sayısından büyük olan atomlardır ya da bunun tersi olabilir. Nötral bir atoma, o elementle özel bir iyonizasyon enerjisinden daha büyük bir enerji verildiği zaman, bu atom en az bir elektronunu ( negatif yükünü) kaybeder ve iyon haline geçer, yani iyonize olur.
c. Elektron : Atomun negatif yükü olup, değeri 1,6x10-19 culombdur.
d. Foton : Enerji yüklü ışın parçasıdır. Işın enerjisi taşıyıcısıdır.
e. Uyarılmış Atom : Üzerine iyonizasyon enerjisinden daha küçük bir enerji almış, elektron kaybetmiş atomdur. Bu atoma o elementin iyonizasyon enerjisinden daha küçük bir enerji verilirse, bu atomun çevresindeki elektronlar atomu terk etmeyip, bunlardan bir ve ya bir kaçı yörünge değiştirir. Yani bir üst enerji seviyesine geçer. Böylece uyarılmış atom olur.
f. Uyarma : Enerji alarak bir üst enerji seviyesine geçiş.
g. Sükunete Gelme : Enerji vererek ( foton) bir alt seviyeye geçiş.
Kaynak: Serdar DEMİRKOL, Lisans Tezi, Termiyonik Vakum Ark (TVA) Sistemiyle Nano-Katmanlı Yapıda Ag-Al2O3 Tabakalı Kompozit Malzeme Üretimi ve Fiziksel Özelliklerinin İncelenmesi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, 2004
Dört temel doğa kuvvetinden biri olan güçlü etkileşmenin kuramı Kuantum Renk Dinamiği'ne göre, kritik bir sıcaklığın ve baryon yoğunluğunun üstünde madde, kuark ve gluonlara ayrışarak maddenin yeni hali olarak kabul edilen kuark-gluon plazmayı oluşturur.
İsviçre'deki Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuvarı (CERN) ve Amerika'daki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda yapılan deneylerde kuark-gluon plazmasının varlığına işaret eden güçlü kanıtlar elde edilmiş bulunuyor.
Neden Renkli Kuarklara İhtiyacımız Var?
Kuarkların üç tür renk yüküne sahip olduğunun ilk işareti, üç u (yukarı) kuarkın temel durumu olan delta A^ (uuu) ve üç s (garip) kuarkın temel durumu olan omega Q"(sss) baryonlarının varlığı. Bu baryonlar içindeki u ve s kuarklar Pauli Dışarlama İlkesine göre farklı kuantum sayılarına sahip olmalıdır. Fakat A^ ve Q" baryonlarındaki kuarklar temel durumda bulunduğundan aynı kuantum sayılarına sa-hipmiş gibi görülürler. Bu sorunu ortadan kaldırmak için 1969'da Nambu ve Gell-Mann birbirlerinden bağımsız olarak her bir kuarkın üç ayrı renkli kopyası olması gerektiğini iddia ettiler. Diğer deyişle her bir kuark kırmızı, mavi ve yeşil diye adlandırılan üç farklı durumda bulunabilir. Ancak bu renklerin bildiğimiz renklerle hiçbir ilgisi yoktur. Gözlenen hadronlar, üç rengin tümünü ya da bir renk ve bir antirenk içerdiğinden renksizdir. Böylece A++ ve Q" baryonlarındaki üç kuark farklı renklere sahiptir ve artık Pauli Dışarlama İlkesi ihlal edilmemektedir. Ayrıca, antikuarklar da antirenk yüküne sahip bulunuyorlar.
Üç rengin varlığını gösteren bir diğer önemli kanıt, elektron-pozitron çarpışma (e-+e+) deneylerinde elde edilen sonuçlardır. e-+e+ çarpışmasında, yüklü parçacık çiftleri elektromanyetik etkileşmeyle oluşuyorlar. Bu olay-da sanal foton oluşmakta ve oluşan foton ise e-+e+, μ-+μ+, τ-+τ+ şeklinde leptonlara ya da farklı hadronlara dönüşmekte. Mezon ve baryonların oluşumu e-+e+>q+q^—> hadronlar kanalıyla gerçekleşir. Kuarklara üç farklı renk yüküne sahip noktasal fermiyonlar gibi bakıldığında e- + e+ çarpışmasında hadron oluşumu olasılığının μ-+μ+ oluşumu olasılığına oranı, kaç çeşit renk yükü olduğuna ve kuark çeşni sayısına bağlıdır. Bu oran için elde edilen deneysel sonuçlar kuark modelinin öngörüsüyle uyum sağlamakta olup, kuarkların üç farklı renk yüküne sahip olması gerektiğini kanıtla-maktadır. Buna göre örneğin bir u kuark kırmızı renk yükü, mavi renk yükü ve yeşil renk yükü diye adlandırılan yüklerden herhangi birine sahiptir. Böylece birbirinden renk yükleriyle ayırt edilen üç çeşit u kuark mevcuttur.
Sonuçta renk yükü nedeniyle kuarkların sayısı üç kat artarken, çeşni uzayından bağımsız yeni bir renk uzayı da keşfedilmiş oluyordu. Bu gelişmelerin sonucunda kuarkların etkileşmelerini tanımlayan Kuantum Renk Dinamiği (QCD) kuramı ortaya çıktı. Elektromanyetik etkileşmede, parçacıkların elektrik yükü nedeniyle etkileşmesi gibi, güçlü etkileşmede de kuarklar renk yükleri nedeniyle etkileşirler. Elektrik yüklü parçacıklar birbirlerini foton değiş-tokuşu yaparak, iter ya da çekerler. Kuarklarsa birbirleriyle fotona benzeyen renk yüklü gluonlar aracılığıyla etkileşirler.
Küçük mesafelerde kuarklararası etkileşme zayıflar. Mesafe arttığındaysa, kuarklar arasındaki etkileşme kuvveti büyümekte.
Güçlü etkileşmenin böyle farklı özelliklere sahip olmasının nedeni, gluonların renk yükü taşıması. Bilindiği gibi elektromanyetik etkileşmeyi ile-ten fotonlar elektrik yüküne sahip olmadığından birbirleriyle doğrudan etkileşmeye girmezler. Fotonlardan farklı olarak gluonlar, bir diğer gluonu yakalayıp, soğurabilir ve bu olayda renk yükleri değişir. Kuarklararası etkileşme yalnız kuarkların renk yüküne bağlı olmayıp, bu kuarkları çevreleyen gluon bulutunun renk yüküne de bağlıdır. Kuarklararası mesafe büyüdükçe, gluon bulutlarının katkısından dolayı etkileşme kuvveti büyür. Sonuç olarak, kuarkların efektif renk yükleri (kuarkla çevre-sindeki gluon ve kuark-antikuark bulutlarının toplamını ifade eden renk yükü), kuarklararası mesafenin artmasıyla büyür. Bu özellik kuark ve gluonların sürekli hapsine (confinement) sebep olur. QCD' ye göre, yalnız renksiz parçacıklar gözlenebilir. Renksiz bir hadronu bileşenlerine ayırmaya çalışırsak, hadronu oluşturan kuarklararası etkileşme alanındaki enerji bir kuark-antikuark çifti oluşturmak için yeterli olduğunda (E=mc2) , bu enerji yeni kuark-antikuark çiftlerinin oluşumuna sebep olur. Ortaya çıkan kuark ve antikuarklarla birleşerek yeni parçacıklar oluşturur. Sonuç olarak, hadronları bileşenleri ayırmak için verdiğimiz enerji, yeni parçacıkların oluşumuna harcanır. Be nedenle kuarkları serbest halde gözlemlememiz yani tuzaklamamız mümkün olmaz.
Kuark-Gluon Plazma
Yüksek enerji fiziğindeki son gelişmeler çok sayıda kuarklar ve gluonlardan oluşmuş sistemlerin incelenmesini gerektirir. Kuark ve gluonlardan oluşmuş sistemin termodinamik özelliklerini inceleyen teoriye Termal Kuantum Renk Dinamiği (Termal QCD) denir. Hadronik maddenin sıcaklığı, dolayısıyla enerji yoğunluğu gittikçe arttırıldığında, kuark ve gluonlar serbest hale geçerek, maddenin yeni hali olarak kabul edilen kuark-gluon plazmayı (KGP) oluştururlar. KGP fazında kuarklar ve gluonlar herhangi bir hadrona ait olmayıp KGP' nin tüm hacmi boyunca serbestçe hareket etme olanağı bulurlar. Elektrik yüklü parçacıklardan oluşan plazmanın toplam elektrik yükü sıfır olduğu gibi, renk yüklü kuark ve gluonlardan oluşan plazmanın da toplam renk yükü sıfır olur. Termal QCD' ye göre, KGP' de protonlar ve nötronlar kimliklerini kaybeder ve hadron maddesi, normal nükleer maddeden farklı olarak kuark ve gluonların etkileşmede bulunduğu bir karışıma dönüşür. Bu kritik sıcaklığın 150 MeV (1,8 trilyon K) civarında olduğu tahmin ediliyor.
İncelemeler KGP'de kuarklararası etkileşmenin, uzun menzilli Coulomb etkileşmesi yapısında olduğunu göste-rir ve KGP pekçok açıdan elektrik yüklü parçacıklardan oluşmuş plazma-ya benzer. En önemli fark, kuark ve gluonların elektrik yükü değil, renk yükü taşımalarıdır. Bu yeni fazda, güçlü etkileşme zayıflar ve ideal renk iletken bir KGP plazma oluşur. KGP'de uzun menzilli renk kuvveti, elektron-iyon plazmasında olduğu gibi kolektif etkiler yüzünden perdelenir. Bilim adamları güçlü etkileşmenin özelliklerini KGP'yi inceleyerek daha iyi anlayabileceklerini düşünüyorlar.
KGP doğa'da bulunur mu? Termal QCD'ye göre evrendeki madde, bü-yük patlamadan yaklaşık 10-6 (saniye-nin milyarda biri) saniye sonra sıcak-lık birkaç trilyon derecenin altına düşene kadar kuark-gluon plazması ha-lindeydi. Ayrıca nötron yıldızı gibi do-gal ortamlarda da KGP bulunabilir. Nötron yıldızlarının merkezindeki maddenin, KGP oluşturabilecek kadar yüksek enerjiye (normal nükleer madde enerji yoğunluğunun 10 katı) sahip olduğu düşünülüyor. Ayrıca, laboratuar ortamında nükleon başına birkaç yüz GeV’lik ağır iyon çarpışmalarında KGP oluşabilir. Bu nedenle, fizikçiler son yıllarda evrenin başlangıcındaki koşulları yaratmak amacıyla yüksek enerjilerde (nükleon başına 100 GeV) ağır iyonları çarpıştırarak, KGP’yi oluşturmaya çalışıyorlar. Bu çarpışmalarda ortaya çıkan sıcaklık 2 trilyon °C olup, Güneşin merkezindeki sıcaklığın 100.000 katıdır. Büyük patlama esnasındaysa sıcaklığın 1029 (100 trilyon kere trilyon) °C olduğu düşünülmektedir.
Quest for Quark Gluon Plasma Intensifies
The announcement out of the European Center for Nuclear Research (CERN) that a new form of matter called a "quark-gluon plasma" (QGP) may have been created is another important milestone in a series of studies that began in the early 1980s at the U.S. Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory and will continue with a new round of experiments starting later this year on the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) at Brookhaven National Laboratory. From Berkeley, to Geneva, and on to Long Island, researchers with Berkeley Lab's Nuclear Science Division (NSD) have been key players in the search for the elusive plasma believed to have been the antecedent of all matter in the universe today.
 |  WHEN NUCLEI COLLIDE AND THE ENERGY DENSITY OF THE PARTICLES PRODUCED IS SUFFICIENTLY HIGH, THEN A QUARK-GLUON PLASMA COULD BE PRODUCED |
Quarks are one of the families of fermions, the basic constituents of matter. Gluons are bosons, carriers of the strong force that bind quarks together into hadrons such as protons or neutrons. In the ordinary matter that makes up us and the world in which we live, quarks are never free of other quarks or gluons. In the experiments at CERN's Super Proton Synchrotron (SPS), however, collisions between high-energy beams of lead nuclei generated temperatures 100,000 times hotter than the interior of the sun. Within the extremely dense fireball at the heart of these collisions, the ties that bind quarks and gluons may have melted, creating a soup-like plasma of free-floating individual particles.
QGP is believed to have been the state of matter under the extreme pressure and temperature conditions that prevailed in the first 10 microseconds after the Big Bang. Though highly transient -- a QGP quickly cools and reverts to the ordinary state of matter -- the QGP in its brief existence, set the stage for the combinations of particles that make up our universe today. QGP is also thought to be the state of matter in the dense cores of neutron stars. Creating a QGP in particle accelerators could yield new insights into how our universe was formed and a better understanding of the behavior of atomic nuclei.
"A common assessment of the collected data leads us to conclude that we now have compelling evidence that a new state of matter has been created at energy densities that have never been reached over appreciable volumes in laboratory experiments before and which exceed by more than a factor of 20 that of normal matter," the CERN announcement read.
In response to this announcement, Xin-Nian Wang, a theorist with NSD says, "The experiments at CERN so far are excellent and have provided us much more information that we did not know before. However, like so many other (relativistic heavy ion) experiments, for each QGP signal there are backgrounds. Sorting out these backgrounds is a challenge. It is like a murder trial without a smoking gun. The key is proof beyond a reasonable doubt. The experiments at SPS have failed to prove beyond a reasonable doubt that the phenomena can only be attributed to QGP and nothing else."
Nuclear theorists are in agreement that if atomic nuclei are squeezed hard enough under conditions of high pressure and temperature, a QGP will form. Over the course of several years worth of experiments at the SPS, nuclei of lead, with their 208 hadrons (82 protons and 126 neutrons), were accelerated into beams with energies in excess of 160 billion electron volts per nucleon and smashed together.
While the data suggests that these lead nuclei were squeezed hard enough to have produced de-confined quark-gluon matter (also referred to as "partonic" matter), many nuclear physicists at Berkeley Lab and elsewhere do not believe there is enough evidence that a QGP was produced.
Everyone, including scientists at CERN, agrees that more definitive proof should be forthcoming from the experiments at RHIC where collisions of gold nuclei will take place at 10 times higher energy densities than the lead nuclei at the SPS. These experiments are expected to yield a true QGP and hold that state long enough for it to be studied.
Berkeley Lab researchers designed and constructed a large volume Time Projection Chamber and a significant portion of the electronics for one of RHIC's two large-scale detector systems, STAR. The higher energy densities in combination with a sophisticated detector array like STAR should make it possible to produce a QGP and perform the types of systematic and meticulous studies needed to understand it.
For example, says Wang, "One way to detect QGP is to scan over a wide range of reactions. Since the matter produced in high-energy heavy-ion collisions is in very small amounts, one does not expect to see very sharp features or discontinuity in the scan. However, if one finds a bump or a step in the scan, it would be an unambiguous signature of QGP."
Another of the promising new experiments scheduled for RHIC is one in which "jets" (energetic beams of quarks) will be observed crossing through the center of the collision fireball where the QGP would be. Analyzing how the jets propagate through the fireball and measuring the amount of "quenching" or energy loss that occurs should reveal whether or not a QGP was created.
Hans Georg Ritter is one of the pioneers in the QGP hunt and now heads NSD's Relativistic Nuclear Collisions program. He says, "The combined results from the experiments at CERN present tantalizing hints of the exciting new physics that await us at RHIC."
In 1984, a collaboration of researchers with Berkeley Lab and from GSI in Germany, working at the Bevalac -- the accelerator configuration when the Bevatron was coupled to the SuperHILAC -- found the first direct evidence that nuclear matter can be compressed to high temperature and density in an accelerator. This marked the first major milestone in the search for a quark-gluon plasma or QGP.
|  THE BEVALAC IN WHICH IONS OF HEAVY ELEMENTS, CREATED IN THE SUPERHILAC (TOP), WERE SENT DOWN A BEAM PIPE FOR FURTHER ACCELERATION AND EXPERIMENTAL WORK IN THE BEVATRON |
The evidence discovered was a phenomenon called "collective flow." In the immediate aftermath of collisions between a beam of niobium and a niobium target, it was observed that the protons, neutrons and other subatomic particles released in these collisions hung together for a fraction of a second before flying apart.
"This was our initial look at how dense nuclear matter behaves," says Art Poskanzer, a physicist with Berkeley Lab's Nuclear Science Division (NSD) and one of the leaders of that collective flow experiment.
Another participant in that collective flow experiment was physicist Hans Georg Ritter who at the time was with GSI and now heads NSD's Relativistic Nuclear Collisions program. Says Ritter, "Much of the basic theoretical and experimental framework for our understanding of collisions between heavy nuclei was developed at the Bevalac."
Within a few years, the Berkeley Lab researchers had shifted their focus to the Super Proton Synchrotron (SPS) at CERN where collision energies were 100 times higher than could be reached at the Bevalac. In collaboration with scientists from GSI and CERN, they initiated a relativistic heavy ion program. Lab researchers helped construct an injector that initially enabled the SPS to accelerate oxygen and sulfur to relativistic energies, and eventually to produce the lead-lead collisions whose results are now being reported.
In a head-on collision between two beams of lead nuclei in the SPS, about 2,500 particles are created, virtually all of them hadrons. Since a change-of-state from ordinary matter to a QGP is almost immediately followed by a change back to ordinary matter, the plasma's existence must be inferred by studying its final products. This requires an elaborate system of detectors.
Berkeley Lab researchers played a major part in the construction of several critical detector systems for the SPS heavy ion program. They also played a major part in the science done on those detectors.
The tradition of Berkeley Lab contributions to detectors aimed at capturing the elusive QGP has continued with the new facility at Brookhaven called the Relativistic Heavy Ion Collider or RHIC. Berkeley Lab scientists and engineers led the collaboration that designed and constructed STAR -- the Solenoid Tracker At RHIC -- one of the accelerator's two giant detector systems. They will be major participants in the science there as well.
By their nature, people are curious and they are toolmakers. At Berkeley Lab, we have tapped these basic human qualities in order to explore a very old question: "How did the Universe come to be?" To help answer this question, our extremely curious and ingenious toolmakers have created what you will see being constructed in this slide show. They call it a Time Projection Chamber. serdar demirkol
Kaynak: http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/quark-gluon-hunt.html
