Net-Charge Fluctuations in Ultra-Relativistic Nucleus-Nucleus Collisions

Abstract: Popular Abstract in Swedish Denna avhandling grundar sig på forskning inom fältet ``högenergetisk tungjonsfysik'', där man studerar materia under extrema förhållanden vad gäller temperatur och densitet. Experimenten utförs på stora anläggningar där atomkärnor accelereras till höga hastigheter innan de kollideras med varandra. Höga krav ställs på de partikeldetektorer som byggs upp kring sådana interaktionspunkter i syfte att registrera vad som händer vid kollisionerna. Det primära målet med forskningen är att upptäcka och studera det materietillstånd som fått benämningen kvark-gluonplasma (QGP, efter engelskans Quark-Gluon Plasma). Universums materia antas ha befunnit sig i detta tillstånd ögonblicken efter Big Bang. Tillståndet kännetecknas av att kvarkarna och gluonerna, som normalt är bundna inne i protoner och neutroner, kan röra sig fritt i en större volym. Genom högenergetiska tungjonskollisioner tror man sig kunna skapa så hög temperatur och densitet att man får en s.k. fasövergång till detta materietillstånd. Det har dock visat sig vara besvärligt att hitta tillförlitliga signaler som tyder på att en fasövergång ägt rum. En av de grundläggande svårigheterna är tillståndets korta livstid. I avhandlingen beskrivs PHENIX-experimentet, som är ett av fyra experiment vid acceleratorn RHIC (Relativistic Heavy-Ion Collider) på Brookhaven National Lab i USA. Här har man under olika perioder sedan år 2000 kolliderat guldkärnor vid olika kollisonsenergier. (Även kollisioner mellan protoner och mellan deuteroner och guldkärnor har studerats.) Forskargruppen från Lund har lagt stort arbete på ett specifikt detektorsystem, de s.k. padkamrarna. Dessa detektorer består av gasfyllda kammare som registrerar passagen av laddade partiklar. Dessa detektorer uppvisar hög effektivitet och god positionsupplösning. År 1999 presenterades idén till en analysmetod som skulle kunna fungera som en signal för att QGP skapats. Den grundar sig på att fördelningen av elektrisk laddning i ett QGP är jämnare än i normal s.k. hadronisk materia. Detta beror på att laddningsbärarna i QGP, kvarkarna, bär laddningar om +-1/3 eller +-2/3, d.v.s. lägre än enhetsladdningen. Det finns alltså 2-3 gånger fler laddningsbärare i QGP än i hadronisk materia, därav en jämnare fördelning. Det antogs att denna effekt skulle bevaras även efter att plasmat hadroniserat, så att man i ett experiment skulle kunna uppmäta en minskning av lokala fluktuationer i nettoladdningen. De första analyserna av sådana fluktuationer från PHENIX-experimentet presenteras i denna avhandling.