Einige Hochenergieexperimente ( RHIC , LHC ) verwenden Ion-Ion-Kollisionen anstelle von Proton-Proton-Kollisionen. Obwohl die Gesamtschwerpunktsenergie tatsächlich höher ist als bei pp-Stößen, kann es vorkommen, dass die Gesamtenergie pro Nukleon tatsächlich niedriger ist. Was sind die Vorteile der Verwendung von Ion-Ion-Kollisionen (z. B. Gold-Gold oder Blei-Blei) anstelle von Proton-Proton-Kollisionen unter Berücksichtigung desselben Beschleunigers?
Zur Verdeutlichung ist die Energie pro Nukleon immer niedriger: Beispielsweise beträgt die Spitzenenergie der Protonen im LHC derzeit 3,5 TeV. Jetzt ist die Pb-Energie 3,5 TeV mal Z, also ist die Energie pro Nukleon 3,5 * Z / A und A ist größer als Z für jeden Kern (außer dem Proton, wo es gleich eins ist).
Aber das Ziel der Ion-Ion-Kollision besteht nicht darin, die Gesamtenergie oder die Energie pro Nukleon zu erhöhen, sondern eine andere Art von Kollision zu erhalten.
Es sollte beachtet werden, dass bei einer Proton-Proton-Kollision die Energie, die in den realen Kollisionsprozess involviert ist, variabel ist: Jedes Quark und Gluon trägt einen Bruchteil der Energie des Protons, und eine harte Kollision beinhaltet eine Kollision zwischen einem Quark/Gluon von eins Proton gegen ein Quark/Gluon des anderen.
Im Falle einer Ion-Ion-Kollision haben Sie den gleichen Prozess: Die Energie wird von den Protonen/Neutronen geteilt und sie können unterschiedliche Energien haben.
Das Ziel einer solchen Kollision ist auch, ein Volumen (größer als bei einer pp-Kollision) mit einer sehr hohen Energiedichte zu erhalten. Es wird angenommen, dass in einem solchen Volumen möglicherweise ein „Materiezustand“ namens Quark-Gluon-Plasma entsteht. Die Untersuchung dieses QGP ist eines der Hauptziele des ALICE-Experiments am LHC.
Ein paar Referenzen:
Das Hauptziel der Beschleunigung schwerer Ionen im LHC besteht darin, das Quark-Gluon-Plasma als Ergebnis einer großen Energiekonzentration in einem kleinen Volumen zu erzeugen, falls viele Nukleonen der beiden Kerne interagieren und einen kollektiven Effekt einer hadronischen Erwärmung auf eine Temperatur von Milliarden Grad erzeugen die alle Hadronen schmilzt. Bei Schwerionenkollisionen, selbst wenn die Energie pro Nukleon kleiner ist, macht die Gesamtenergie, die im Fall von Wechselwirkungen vieler Nukleonen freigesetzt wird, diese Kollisionen so verschieden von den Standard-Proton-Proton-Kollisionen.
David z
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Benjamin Bannier