Experimental studies of particle production in ultra-relativistic heavy ion collisions

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Denna lilla skrift behandlar ett område inom fysiken som kallas högenergetisk tungjonsfysik. Kort förklarat betyder detta att vi studerar kärnmateria under extrema förhållanden, såsom höga temperaturer och höga tryck. För att åstadkomma dessa, kolliderar vi bly- och guldkärnor med mycket höga energier vid partikelacceleratorer, i USA (New York) och i Schweiz (Geneve). När kärnorna kolliderar smälter dessa till en soppa av sina innersta beståndsdelar, kvarkar och gluoner. Är energin tillräckligt hög hoppas vi kunna skapa ett s.k. kvark-gluon plasma, där kvarkarna och gluonerna uppträder som fria partiklar, om än för en kort stund; en miljarddels miljarddels sekund eller så. Man säger att en fasövergång har ägt rum, ungefär som då kokande vatten övergår i vattenånga. Liknande när vattenångan kondenserar tillbaka till flytande form då den kyls av, kommer kvark-gluon plasmat att kondensera till kärnpartiklar, såsom protoner och neutroner men även andra mer exotiska partiklar som pioner och kaoner. Detta studium visar sig även vara viktigt för vår förståelse av universums tidiga utveckling. Fram till en miljondels sekund efter Big Bang (den stora smällen), bestod universum av ett kvark-gluon plasma som snabbt expanderade. I våra experiment försöker vi återskapa de förhållanden som rådde i universum när det var ungt. För att göra detta har vi konstruerat detektorer, stora som flervåningshus, för att kunna registrera de ytterst små partiklarna. Denna avhandling beskriver bl.a. utvecklingen av mätinstrument, metoder, och hur informationen som kommer från detektorn tas om hand när den används i experimentet. Under experimentets gång genereras gigantiska datamängder, omkring 20MB i sekunden, som sedan analyseras. Avhandlingen innehåller även analys av sådan data, där en uppskattning görs av partikeltätheten och temperaturen hos kärnmaterien skapad i guld-guldkollisioner, vid tio gånger högre energi än tidigare. Avhandlingen är indelad i fem kapitel, utöver de fem artiklar som avhandlingsarbetet har resulterat i. Första kapitlet är en introduktion till ämnesområdet riktat till icke experter. Den käre läsaren ledsagas genom universums historia som vi känner den, till hur vi studerar Big Bang i laboratoriet. De senare delarna är av mer teknisk natur, där andra kapitlet behandlar WA98 experimentet som kördes på CERN i Schweiz under flera år fram till senhösten 1996. Tredje kapitlet avhandlar PHENIX experimentet på Brookhaven National Laboratory i USA, medan det fjärde innehåller en sammanställning av vad vi har lärt oss vad gäller de mer tekniska delarna av avhandlingen. Sista kapitlet är en kort sammanfattning av artiklarna som återfinns i sin helhet i appendix I-V.