Коллаборация sPHENIX опубликовала первые результаты нового детектора, установленного на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории США. Учёные провели измерения количества заряженных частиц и плотности энергии, возникающих при столкновениях ионов золота на скоростях, близких к световой. Данные станут основой для изучения кварк-глюонной плазмы — состояния вещества, существовавшего через микросекунды после Большого взрыва почти 14 млрд лет назад.

Измерения выявили чёткую закономерность: чем более центральными (лобовыми) были столкновения, тем больше заряженных частиц образовывалось и тем выше была их суммарная энергия. Эти результаты полностью соответствуют данным предыдущих экспериментов на RHIC, работающих с 2000 года, что подтверждает точность работы нового детектора.

«Для детектора, прошедшего 10 лет планирования и строительства, критически важно было проверить корректность его работы, точность калибровок и надёжность обработки данных», — пояснил Цзинь Хуан, физик Брукхейвенской лаборатории и соруководитель коллаборации. Для этого учёные сравнили фундаментальные параметры столкновений с эталонными значениями.

Сигналы, зарегистрированные компонентами калориметра sPHENIX во время лобового столкновения ионов золота на максимальной энергии (200 млрд эВ) в коллайдере RHIC. Источник: sPHENIX Collaboration

sPHENIX оснащён трекерами, восстанавливающими траектории частиц с точностью до 0.1 мм, включая редкие короткоживущие частицы. Детектор также включает полный набор калориметров: электромагнитный для измерения энергии электронов и фотонов и адронный — первый в RHIC, охватывающий зону столкновений, — фиксирующий энергию составных частиц из кварков. «Трекинговые системы работают как 3D-камера, а калориметры показывают, сколько энергии уносят частицы», — пояснил Хуан.

Точность измерений позволила установить: центральные столкновения производят в 10 раз больше частиц и высвобождают в 10 раз больше энергии, чем периферийные. Как отметил Деннис Перепелица, физик Университета Колорадо и координатор проекта, это подтвердило контроль над геометрией столкновений. В перспективе детектор позволит изучать редкие сигналы, такие как образование тяжёлых кварков вблизи точки столкновения, и реконструировать джеты — узкие пучки частиц от высокоэнергетических кварков или глюонов.

«Джеты станут микроскопом для исследования структуры кварк-глюонной плазмы», — подчеркнул Перепелица. Сравнение поведения джетов от лёгких и тяжёлых кварков покажет, является ли плазма однородной субстанцией или содержит неоднородности. Это поможет понять механизмы взаимодействия частиц с плазмой, например эффект гашения энергии.

В работе участвовали более 300 учёных коллаборации, включая студентов и постдоков из разных стран. «Эти измерения открывают новую главу в исследовании кварк-глюонной плазмы», — заявила Меган Коннорс, соруководитель проекта.

Подробнее на iXBT