Srážky ultrarelativistických jader na urychlovači RHIC v Brookhavenské národní laboratoři v USA umožňují vytvořit podmínky, které panovaly ve vesmíru pouhých několik mikrosekund po Velkém třesku. Tým složený z vědeckých pracovníků, doktorandů a diplomantů Katedry fyziky Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT a Ústavu jaderné fyziky AV ČR v. v. i. se již od roku 2000 účastní experimentu STAR na RHIC.
Zásadním výsledkem dosavadního výzkumu byl objev nového skupenství jaderné hmoty – silně interagující ideální kvark-gluonové kapaliny (sQGP). Vysoká frekvence zaznamenávaní jaderných srážek, až tisíckrát za vteřinu, umožňuje studium i velmi vzácných fyzikálních procesů. Konkrétně produkce částic obsahujících těžké kvarky c a b, nesoucí poetická jména půvabný („charm“ – c) a krásný („beauty“ – b).
Kvarky jsou základní stavební prvky hmoty. Svět kolem nás se skládá převážně z lehkých u a d kvarků. Těžké kvarky můžeme studovat pouze na urychlovačích. Studium jejich výtěžků umožní rozlišit, jak horká a hustá sQGP hmota interaguje s kvarky různých typů a pomůže tak pochopit termalizaci – jak a proč dosahuje hmota vznikající v jaderných srážkách na RHIC tak brzy tepelné rovnováhy. Podobně jako při házení oblázků různých velikostí do proudu vody s cílem zjistit, jakou rychlostí budou unášeny, chceme také pochopit, jak těžké kvarky ztrácejí při průchodu plazmatem svou energii.
V roce 2014 byl do provozu spuštěn nový detektor Heavy Flavor Tracker (HFT), který umožňuje určit, jak často vznikají právě částice obsahující těžké kvarky. Tyto částice se velmi rychle, za dobu kdy urazí vzdálenost odpovídající tloušťce lidského vlasu (něco kolem 100 mikronů), rozpadají na běžné lehké částice. Na návrhu, konstrukci a testování HFT detektoru se podíleli vědci, doktorandi a studenti z FJFI ČVUT a ÚJF AV, kteří v rámci studentských prací rozvíjeli své inženýrské dovednosti při měření kalibračních parametrů detektoru a provádění detailních simulací odezvy detektoru.
První dvě vrstvy z celkových čtyř jsou tvořeny nejmodernějšími pixelovými detektory s křemíkovými pixely o rozměrech 20 x 20 mikronů. Jedná se o jeden z prvních detektorů založených na konceptu monolitických aktivních pixelových senzorů (MAPS), které jsou obroušeny na tloušťku pouhých 50 mikronů a jsou umístěny velmi blízko místa, kde se protínají navzájem proti sobě letící svazky jader. Vysoké prostorové rozlišení detektoru a malá hmotnost představují zásadní pokrok v technologii křemíkových pixelových detektorů. Během experimentu, který proběhl v zimě a na jaře roku 2014, zaznamenal HFT celkem 1,2 milionu srážek jader zlata a splnil všechna očekávaná technická kritéria. V současné době probíhá analýza prvních získaných dat. My se zabýváme zejména studiem částice Λc, která ještě nebyla v jádro-jaderných srážkách pozorována.
S využitím technologie MAPS počítá při inovaci svého vnitřního dráhového detektoru Inner Tracking Systém též experiment ALICE, studující jaderné srážky na urychlovači LHC v CERN při energiích o řád vyšších. Fakulta je zapojena i do projektu studia radiačního poškození jeho komponent, k tomuto účelu využíváme svazek protonů cyklotronu U120M ÚJF v Řeži.
Jaroslav Bielčík, FJFI
Jozef Ferencei a Michal Šumbera, ÚJF AV ČR
Vyšlo v časopise Tecnicall 2/2015 (čtvrtletník ČVUT Praha)
