Två forskare i Lund ska ta fram ny kunskap om kvarkar och gluoner, några av de partiklar som bygger upp vår värld. Grunden för projektet är kollisioner i partikelacceleratorn LHC vid CERN. Men det är inte bara partiklarna som krockar i det här projektet – forskarnas hypoteser är också på kollisionskurs. Det tycker de är intressant.
Projektanslag 2017
CLASH: Pinning down the origin of collective effects in small collision systems
Huvudsökande:
Docent Peter Christiansen
Medsökande:
Leif Lönnblad
Lärosäte:
Lunds universitet
Beviljat anslag:
26,2 miljoner kronor under fem år
Projektets mål är att ta reda på mer om några av universums minsta partiklar, kvarkar och gluoner. Forskarna har varsin idé om vad de kommer att finna. Och de är inte alls överens.
– Vi har gott hopp om att verkligen komma fram till nya saker. Men visst, på något sätt drömmer vi ju också båda om att den ene ska visa sig ha rätt och den andre ha fel, säger Peter Christiansen leende.
Han och Leif Lönnblad, kollegor vid avdelningarna för experimentell respektive teoretisk partikelfysik vid Lunds universitet, forskar om kvarkar, gluoner och kvarkgluonplasma. Det är den materia som man tror att universum bestod av i sin första mikrosekund. Kvarkar och gluoner är byggstenarna i protoner och neutroner, och i dag är alla kvarkar och gluoner bundna i dessa större partiklar. Men i det heta kvarkgluonplasmat existerade kvarkarna och gluonerna fritt och uppförde sig som en vätska.
I ett projekt med anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse ska forskarna i Lund studera partiklar och plasma på nya sätt. Utgångspunkten är experiment vid LHC-acceleratorn vid forskningsanläggningen CERN i Schweiz.
Tunga och lätta kollisioner skiljer sig åt
Många av experimenten i CERN handlar om att accelerera protoner och låta dem kollidera med varandra. Men en enda månad varje år kör man istället blykärnor i acceleratorn. De är stora och tunga och vid krockarna bildas en mängd nya partiklar. Blyexperimentet vid CERN kallas ALICE, en förkortning för A Large Ion Collider Experiment. Totalt är över 1 500 forskare och ingenjörer inblandade i ALICE. Experimentet har byggts upp under flera decennier och forskare från Lund har varit engagerade hela vägen. Man studerar alltifrån vad som händer om materia blir tusentals gånger varmare än solens inre, till om det går att få kvarkar att existera fritt.
Genom att krocka blykärnor med varandra kan forskarna faktiskt skapa kvarkgluonplasma i acceleratorn. Det går inte att se plasmat, men med hjälp av detektorer omkring kollisionspunkten går det att mäta de partiklar som bildas när plasmat svalnat.
I de här blykärnekollisionerna har man sett partiklar bete sig på nya sätt, som först inte tycktes likna något som sker vid protonkollisionerna. Men efter hand som forskarna har förstått hur de ska mäta de nya fenomenen har de hittat liknande beteenden även i proton-proton-krockarna.
Det är här de två Lundaforskarnas uppfattningar går isär.
En fråga som angrips från två olika håll
Peter Christiansen och hans forskargrupp är övertygade om att det bildas ett plasma även vid proton-proton-krockarna. De menar att mätresultaten tyder på att även det här mindre systemet direkt efter krocken beter sig som om det var flytande.
Leif Lönnblad däremot, som är expert på teorin kring partikelkrockarna, menar att resultaten beror på något annat. Han anser att de nya effekterna kan byggas in i modellen för protonkrockar, utan att man räknar in existensen av ett plasma.
– Så vi har två olika beskrivningar av det som händer, som inte båda kan vara sanna. Därför kallar vi vårt projekt för ”Clash” – alltså kollision, säger Peter Christiansen.
Nu vill de två forskarna ta fram nya metoder för att analysera både blykollisionerna och protonkollisionerna. Leif Lönnblad arbetar med att omforma sin modell så att den blir mer generell.
Den ska kunna beskriva krockar mellan två protoner, mellan protoner och blykärnor, och mellan två blykärnor. Peter Christiansen, som arbetar med de praktiska experimenten, ska jämföra de stora krockarna med de små och se om han hittar fler effekter i båda systemen.
– Det roliga med detta är att vi har en central fråga som vi angriper från två håll. Vi vill båda lista ut mer känsliga mätmetoder, som kan leda till mer detaljerade modeller. Leif är ju expert på sitt område och jag på mitt, så vi tror det kan bli riktigt bra. Visst kan våra olika uppfattningar leda till lite frustration ibland. Men vi är ju eniga om den vetenskapliga metoden, det är det som räddar oss, haha…
Det här projektet har i flera år utvecklats vid sidan av andra, större projekt. Med det nya anslaget blir det istället en huvudsyssla för Peter Christiansen och Leif Lönnblad. Förutom den handfull medarbetare i Lund som inkluderas i projektet, hoppas de kunna bjuda in kollegor från andra lärosäten för att diskutera idéer och lista ut vad som krävs för att få svar på frågorna.
– Det handlar inte om att mäta någon enstaka parameter mer precist, utan om att få ny insikt i hur kvarkar och gluoner beter sig. Universum bygger på otroligt få partiklar och krafter. Därför är det en jättestor sak om vi faktiskt lär oss något fundamentalt nytt om detta.
Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström
