Коллектив sPHENIX опубликовал первые результаты работы нового детектора на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории США. Учёные измерили количество заряженных частиц и плотность энергии, образующихся при столкновениях золотых ядер на скоростях, близких к скорости света. Полученные данные станут отправной точкой для исследования кварк-глюонной плазмы — состояния вещества, существовавшего через микросекунды после Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад.
Измерения показали чёткую закономерность: чем ближе к лобовым были столкновения, тем больше заряженных частиц образуется и тем выше их суммарная энергия. Результаты полностью соответствуют данным прошлых экспериментов на RHIC с 2000 года, что подтверждает точность нового детектора.
«Поскольку детектор прошел десятилетнее планирование и строительство, необходимо было проверить его работоспособность, точность калибровок и надежность обработки данных», — сказал Цзинь Хуан, физик Брукхейвенской лаборатории и соруководитель коллаборации. Для этого исследователи сравнили фундаментальные параметры столкновений с эталонными значениями.
sPHENIX имеет трекеры, определяющие траектории частиц с точностью до 0,1 мм, в том числе редких короткоживущих частиц. Детектор также включает полный набор калориметров: электромагнитный для измерения энергии электронов и фотонов и адронный — первый на RHIC, охватывающий зону столкновений, — фиксирующий энергию составных частиц из кварков. «Трекерные системы работают как 3D-камера, а калориметры показывают, сколько энергии уносят частицы», — сказал Хуан.
Точность измерений показала, что центральные столкновения создают в 10 раз больше частиц и высвобождают в 10 раз больше энергии, чем периферийные. Деннис Перепелица, физик Университета Колорадо и координатор проекта, подчеркнул, что это подтверждает контроль над геометрией столкновений. В будущем детектор позволит изучать редкие сигналы, например образование тяжёлых кварков около точки столкновения, и реконструировать джеты — узкие пучки частиц от высокоэнергетических кварков или глюонов.
Джеты позволят изучить структуру кварк-глюонной плазмы как микроскоп. 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.
Более трёхсот учёных из разных стран, среди которых студенты и постдокторы, приняли участие в работе. «Эти измерения открывают новую главу в изучении кварк-глюонной плазмы», — заявила Меган Коннорс, соруководитель проекта.