Tunge kvarker som måleinstrument for et lite Big Bang ved CERN

Ved CERN laboratoriet, på grensen mellom Sveits og Frankrike, ligger verdens største partikkelakselerator, Large Hadron Collider (LHC). I LHC akselereres partikler til nær lysets hastighet, før de akselererte partiklene fokuseres og kolliderer ved fire steder langs LHC. Ved et av disse stedene ligger ALICE eksperimentet. I kollisjonene i senteret av ALICE oppstår temperaturer 100,000 ganger høyere enn i solens indre. Dette fører til at atomets byggesteiner, protoner og nøytroner, smelter, slik at kvarkene og gluonene de består av frigjøres, og en fase av materie kalt kvark-gluon plasma (QGP) dannes. QGP eksisterte også rundt et mikrosekund etter the Big Bang, og ved å gjenskape QGP i kontrollerte former kan man studere grunnleggende prosesser innen fysikken, og lære mer om hvordan universet oppstod.

Tunge kvarker kan brukes til å studere QGP, ettersom de kun oppstår i de helt første øyeblikkene av kollisjonene, og derfor opplever hele evolusjonen til plasmaet. Ved å se på forskjeller i oppførselen til kvarkene i kollisjoner der QGP ikke dannes, som kollisjoner mellom to proton (p-p), og kollisjoner der QGP dannes, f.eks. kollisjoner mellom to bly-kjerner (Pb-Pb), kan man forstå hvordan QGP påvirker kvarker som beveger seg gjennom mediumet. En tredje type kollisjon, mellom protoner og blykjerner (p-Pb), utføres også ved LHC, for å forstå effektene av å innføre de store blykjernene i kollisjonssystemet, som er nødvendig for å skille disse effektene fra de som skyldes QGP.

Lønne har utført en korrelasjonsanalyse mellom D⁰-mesoner og elektroner, der begge partiklene stammer fra det samme kvark-antikvark paret. Posisjonen til disse partiklene i forhold til hverandre, i løpet av et stort antall kollisjoner, gir en karakteristisk signatur som kan sammenlignes mellom kollisjonssystemene. Analysearbeidet til Lønne sammenligner resultater fra p-p og p-Pb kollisjoner, og danner et viktig grunnlag for den videre forståelse av kvark-gluon plasmaet.

Personalia:

Per-Ivar Lønne er født i 1985, vokste opp i Ålesund og er utdannet ved Universitetet i Bergen. I 2010 fullførte han sin mastergrad, og fra mai 2012 har han arbeidet med doktorgraden innen eksperimentell kjernefysikk ved Institutt for Fysikk og Teknologi, Universitetet i Bergen, tilknyttet forskerskolen for utvikling og anvendelse av intelligente detektorer (IRTG). Veilederene har vært Dieter Röhrich, Joakim Nystrand og Sedat Altınpınar.