Запущен детектор sPHENIX, который поможет изучить вещество Большого взрыва
Новый детектор частиц sPHENIX успешно прошел критический тест, подтверждающий его готовность изучать кварк-глюонную плазму — необычное вещество, из которого формировалась материя сразу после Большого взрыва. Об этом сообщают ученые Массачусетского технологического института и Брукхейвенской национальной лаборатории в статье, опубликованной в Journal of High Energy Physics.
sPHENIX установлен на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвене и предназначен для точного измерения продуктов высокоскоростных столкновений частиц. Используя эти данные, ученые надеются восстановить свойства кварк-глюонной плазмы (QGP) — раскаленного «супа субатомных частиц», который существовал всего несколько микросекунд после Большого взрыва. Эта плазма почти сразу остывала и превращалась в протоны и нейтроны — основу современной материи.
В испытании sPHENIX проверил точность измерений, используя так называемую «стандартную свечу» — хорошо известное в физике столкновение, служащее эталоном для проверки приборов. В течение трех недель более 300 ученых из разных стран фиксировали столкновения ионов золота, анализируя данные и подтверждая точность измерений. Детектор измерял количество и энергию заряженных частиц, образующихся при столкновении двух ионов золота на скорости, близкой к скорости света. Результаты показали, что при лобовых столкновениях образуется в десять раз больше частиц, каждая из которых обладает энергией в десять раз выше, чем при менее прямых ударах.
«Это подтверждает, что детектор работает так, как должен. Это как если бы вы запустили в космос новый телескоп после десяти лет строительства: первый снимок может быть знакомым, но он показывает, что прибор готов к новым открытиям», — говорит Гюнтер Роланд, профессор MIT и участник коллаборации sPHENIX.
sPHENIX способен измерять до 15 000 столкновений частиц в секунду, благодаря многослойной конструкции, включающей внутренние и внешние адронные калориметры, электромагнитный калориметр, системы отслеживания и сверхпроводящий соленоид. Он функционирует как гигантская 3D-камера, фиксируя количество, энергию и траектории отдельных частиц при каждом столкновении.
«Система позволяет нам впервые наблюдать крайне редкие процессы, происходящие один на миллиард», — объясняет постдок Массачусетского технологического института Кэмерон Дин.
QGP — крайне кратковременное и необычное состояние материи. Оно существует всего одну секстиллионную секунду (10⁻²² секунды), при температурах до триллионов градусов Цельсия, и ведет себя как «идеальная жидкость», двигаясь как единое целое, а не как совокупность отдельных частиц.
«Вы никогда не видите саму плазму — только ее "пепел" в виде частиц после распада», — отмечает Роланд. Именно это sPHENIX помогает измерять, чтобы восстановить свойства QGP.
Детектор является следующим поколением оригинального PHENIX, который уже изучал столкновения тяжелых ионов на RHIC. sPHENIX заменил его, став более быстрым и чувствительным, способным фиксировать тонкие и редкие сигналы кварк-глюонной плазмы.
«Теперь мы можем продолжать исследования QGP с высокой точностью и разрешением. Это поможет понять эволюцию, структуру и свойства кварк-глюонной плазмы и восстановить условия ранней Вселенной», — добавляет аспирант Хао-Рен Чжэн.