NA49実験

NA49実験（「北エリア実験49」）は、クォーク・グルーオン・プラズマの特性を調査する素粒子物理学実験であった。この実験の同義語はイオン/TPC-ハドロンであった。この実験は、1991年から2002年までCERNのスーパープロトンシンクロトロン（SPS）の北エリアで行われた。^[1]

この実験では、大口径ハドロン検出器（時間投影チャンバー）を使用して、さまざまな元素でできたターゲットへのさまざまな重イオン（鉛など）の衝突によって誘発される反応を調査しました。NA49の目的は、荷電ハドロンと中性ストレンジ粒子の生成を研究し、格子QCDによる脱閉じ込め遷移の予測を模索することでした。

NA49実験はNA35実験のフォローアップであり、1991年9月18日に承認されました。実験は1994年11月にデータ収集を開始し、2002年10月19日に完了しました。その後、NA61実験（SHINE）が引き継ぎました。この実験のスポークスマンはピーター・セイボスとラインハルト・ストックです。

背景

標準モデル（SM）によれば、クォークはハドロンとして2つまたは3つの組み合わせでのみ存在でき、真空中では単一のクォークが単独で存在することはできない。クォークはグルーオン交換によって媒介される強い相互作用を受けるが、ハドロンはハドロン相互作用という複雑な現象によって記述される核力を受ける。クォーク物質とは、クォークがハドロン体積から解放された状態に付けられた名前である。クォーク物質の探索は標準モデル、特に格子ゲージ理論によって予測される強い相互作用をテストするものである。ビッグバンの後、宇宙はクォーク物質で構成されていたと考えられており、この状態を調査することで天体物理学の研究にデータを提供できる可能性がある。^[2]

素粒子理論では、通常の核物質を臨界値以上に加熱すると（密度も同様）、閉じ込められていないクォーク・グルーオン物質が生じると予測されている。この状態を作り出すために、固定ターゲット実験が用いられる。薄い金属箔ターゲットに、光速近くまで加速された重い原子核のビームを照射する。衝突直後、クォーク・グルーオン物質の高温高密度状態が作られ、爆発的な膨張を引き起こす可能性がある。この時点で密度と温度は低下し、物質からハドロンが放出され、検出器で検出できる。^[3]

実験のセットアップ

NA49実験では、追跡と粒子識別のために4台の大容量時間投影チャンバー（TPC）が使用されました。最初の2台のTPCは超伝導コイルを備えた双極子磁石の中にあり、荷電粒子の軌道の曲がりから粒子の運動量を決定するために使用されました。他の2台のTPCは磁石の後ろに設置され、イオン化エネルギー損失（dE/dx）と粒子速度を推定しました。^[4]この実験では、以前のSPS実験から改造された大型カロリメータも使用されました。これにより、衝突から放出されたハドロンの横方向エネルギーを測定できました。^[5]飛行時間（ToF）測定は、2つのシンチレーションカウンター壁によって、時間分解能60psで行われました。フロントエンドエレクトロニクスを使用してTPCを読み出しました。^[6]

使用されたビームはSPSからのもので、33 TeVのエネルギーを持つ重く密度の高い核種である同位体²⁰⁸ Pbで構成されていました。 ^[7]実験で使用されたターゲットは薄い鉛箔で、ビームを向けるとPb+Pbの核衝突が発生しました。^[8]

結果

NA49実験の衝突で生成されたエネルギー密度は臨界値よりも大きいと判定され、クォークグルーオン物質を調べるのに十分な高さでした。これは1立方フェムトメートルあたり3GeVと判定され、格子QCDと一致しました。^[7]^[9]^[10]さらに、この実験では、生成されたハドロン間の衝突が停止する温度である120MeVの「凍結」温度も判定できました。^[11]

さらなる結果を用いて、格子QCD予測と一致するパートン-ハドロン相転移が決定された。^[12]結果は、相転移の性質が大きな潜熱ジャンプを伴わずに起こることを示しているが、これは理論的な議論の対象となっている。^[13]

参照

参考文献

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外部リンク

NA49実験ウェブサイト
NA49実験「一般向け」ウェブサイト
NA49 実験 @ CERN ドキュメントサーバー (NA49 コラボレーションの委員会文書と出版物の両方が含まれます)
INSPIRE-HEPにおける CERN-NA-49 実験記録

[1] “Greybook”. greybook.cern.ch . 2023年8月24日閲覧。

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