Legendarny amerykański zderzacz cząsteczek przygotowuje się do wykonania swojego ostatniego uderzenia

Zdjęcie: Kevin Coughlin/Brookhaven National Laboratory

Ostatni bieg zderzacza – już dwudziesty piąty – rozpoczął się w tym tygodniu na Long Island, jako łabędzi śpiew dla sławnego zderza cza, który niebawem otrzyma następcę – a nawet zostanie przemieniony w – Zderzacz Elektronów i Jonów (EIC) w Laboratorium w Brookhaven. W przeciągu 2025 roku, fizycy ze Zderzacza Ciężkich Jonów uzupełnią zbieranie danych na temat plazmy kwarkowo-gluonowej, zupy cząsteczek istniejącej od najwcześniejszych dni wszechświata. 

 „Oryginalnym pomysłem dotyczącym Zderzacza Ciężkich Jonów było stworzenie, po raz pierwszy w historii Ziemii, stan materii, który istniał we wszechświecie na parę mikrosekund po Wielkim Wybuchu: plazmę kwarkowo-gluonową, co nam się udało”, powiedział James Dunlop, zastępca kierownika wydziału do fizyki nuklearnej w Laboratorium w Brookhaven, w rozmowie z Gizmodo. „To jedno z wielkich dziedzictw – które naprawdę stworzyliśmy – ale ciekawsze jest to, że jego właściwości były zupełnie inne od tych, których się spodziewaliśmy”.

„Podczas gotowania wody, nie zastanawiacie się nad stworzeniem czegoś bardziej płynnego niż sama woda, prawda?”, dodał Dunlop. „I to właśnie udało nam się odkryć: że plazma kwarkowo-gluonowa zachowuje się jak najbardziej idealna ciecz, którą znamy”.

Z okazji ostatniego biegu Relatywistycznego Zderzacza Ciężkich Jonów, najważniejsze są zderzenia złota ze złotem przy energiach 200 miliardów elektronowoltów. Zderzacz przeprowadzi owe zderzenia w przeciągu Czerwca i zrobi przerwę w Lipcu i Sierpniu, żeby nie prowadzić eksperymentów podczas wymęczających letnich upałów.

Bieg ma z założenia zgromadzenie obserwacji nad 10 miliardem wydarzeń, według Lijuan Ruan, współrzeczniczki detektora STAR w zderzaczu, w wydaniu „Brookhaven”.

„Dodatkowo planujemy wykorzystanie ‘wyzwalaczy’ naszego detektora – czujników analizujących charakterystyk z kolizji w czasie rzeczywistym – w celu zdobycia wystarczającej ilości wydarzeń wzbogaconych o cząsteczki o wysokiej energii”, dodała Ruan.

Podobnie jak Wielki Zderzacz Hadronów CERN – ogromny zderzacz cząsteczek z eksperymentami ustawionymi według jego obwodu – Zderzacz Ciężkich Jonów ma kilka eksperymentów wykorzystujących dane z kolizji. W nadchodzącym biegu, detektor sPHENIX zderza cza będzie próbował przechwycić dane z ok. 50 miliardów wydarzeń zderzeniowych w celu przebadania plazmy kwarkowo-gluonowej.

„Poprzez połączenie owych miar Zderzacza Ciężkich Jonów z eksperymentami wysokoenergetycznymi w Europejskim Wielkim Zderzaczu Hadronów – który generuje plazmę w wyższych temperaturach – będziemy w stanie udoskonalić nasze zrozumienie na temat tego, jak owa egzotyczna materia zachowuje się podczas zmiany temperatur”, powiedziała Megan Connors, fizyczka na Uniwersytecie Stanowym w Georgii i współrzeczniczka sPHENIX w tym samym oświadczeniu.

Po zakończeniu ostatniego biegu Relatywistycznego Zderzacza Ciężkich Jonów, Brookhaven przeniesie zderzacz do następnego zderzacza w Ameryce, Zderzacza Elektronów i Jonów, poprzez ponowne użycie komponentów starszej konfiguracji i dodanie też paru nowych komponentów do akceleracji elektronowej. Ów zderzacz będzie (wybaczcie grę słów) naładowany patrzeniem we wnętrze atomowych nuklein, protonów i neutronów. Zderzacz szczególnie będzie lustrował potężną siłę nuklearną, która łączy razem kwarki.

„Od RHIC do EIC, naukowcy zaznaczają na mapie przejście materii jądrowej z gorącego, gęstego stanu, generowanego w zderzeniach złota ze złotem, a następnie planują użycie elektronów – najmniejszych cząstek – w celu przebadania zimnej materii nuklearnej w EIC”, powiedział w oświadczeniu Jin Huang, współrzecznik sPHENIX.

Takie podstawowe badanie może być podejrzewane o pomoc w projektach zajmujących się fizyką nuklearną na Ziemi, ale zrozumienie zupy pierwotnej cząsteczek istniejących na początku wszechświata. Takie fundamentalne badanie mogłoby pomóc w rozwiązaniu wielu problemów – pod warunkiem, że laboratoria naukowe otrzymają środki do przeprowadzenia takich badań.