Национальная лаборатория Брукхейвена Министерства энергетики США вступила в заключительный год экспериментов на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC). За четверть века этот уникальный ускоритель частиц, один из двух когда-либо построенных коллайдеров такого типа, помог совершить множество грандиозных открытий.
С 2000 года физики использовали установку для столкновения ядер атомов золота на околосветовых скоростях. Целью было воссоздание и изучение кварк-глюонной плазмы – особого состояния материи, существовавшего во Вселенной почти 14 миллиардов лет назад, спустя микросекунды после Большого взрыва. При столкновениях в коллайдере кварки, антикварки и глюоны – мельчайшие составляющие протонов и нейтронов – высвобождаются и образуют первичную плазму, доступную для детального исследования.
На протяжении последних двух десятилетий исследователи постоянно совершенствовали возможности ускорителя, детекторов и систем сбора данных. Теперь, в 25-м, финальном запуске, они планируют исследовать кварк-глюонную плазму с беспрецедентной точностью.
“От первых открытий в создании и описании кварк-глюонной плазмы до воспитания талантливых исследователей по всему миру – RHIC не только раздвинул границы ядерной физики, но и создал атмосферу глубокого сотрудничества между учёными”, – рассказывает физик лаборатории Брукхейвена Цзинь Хуан, один из руководителей проекта новейшего детектора sPHENIX , способного фиксировать 15 тысяч столкновений в секунду.
Главная задача финального запуска – столкновения ядер золота при энергии 200 миллиардов электронвольт. Эксперименты продлятся до начала июня. После летнего перерыва, в середине июня, специальная комиссия оценит достигнутые результаты и рассмотрит возможность проведения дополнительных типов столкновений в зависимости от финансирования.
Каждые две недели физики будут проводить 15-часовые эксперименты по улучшению работы ускорителя. За это время они протестируют новые режимы работы коллайдера и проверят различные способы повысить его эффективность. Параллельно с этим продолжит работу детектор STAR, модернизированный в 2022 году. Его главная задача – фиксировать столкновения ядер золота при энергии 200 гигаэлектронвольт. Учёные планируют получить 10 миллиардов новых измерений в дополнение к 8 миллиардам, собранным ранее. Усовершенствованная система триггеров позволит им отбирать наиболее энергетически насыщенные события.
Впервые на полную мощность заработает детектор sPHENIX, которому предстоит зафиксировать 50 миллиардов столкновений ядер золота. В конструкции установки применили две инновационные разработки: уникальную технологию отслеживания траекторий и первый для RHIC бочкообразный адронный калориметр. Это оборудование определяет природу частиц, измеряет их энергию и позволяет увидеть, как формируются направленные энергетические потоки, раскрывающие механизмы передачи энергии в кварк-глюонной плазме.
После завершения работы RHIC в этом году начнётся новая эра в физике элементарных частиц. На смену коллайдеру тяжёлых ионов придёт принципиально новая установка – электрон-ионный коллайдер (EIC). Если RHIC изучал горячую и плотную материю, воссоздавая условия ранней Вселенной через столкновения тяжёлых ядер золота, то EIC будет исследовать холодную ядерную материю с помощью пучка электронов – самых лёгких из заряженных частиц.
“Мы движемся от изучения раскалённой первичной материи к исследованию той формы вещества, из которой состоит весь видимый мир сегодня, – объясняет Цзинь Хуан. – Это позволит нам лучше понять, как устроена Вселенная на самом фундаментальном уровне”.
“Завершение работы RHIC – это не конец, а новое начало, – добавляет Лицзюань Жуань, отвечающий за эксперименты на STAR. – Следующее десятилетие принесёт нам множество удивительных открытий”.