Ядерная кухня ранней Вселенной: что учёные приготовили в финальном эксперименте коллайдера

После четверти века столкновений ядер золота на околосветовых скоростях релятивистский коллайдер тяжёлых ионов (RHIC) Брукхейвенской национальной лаборатории завершает свою эпоху — вместе со своими сверхпроводящими магнитами.

Фото: commons.wikimedia.org by CERN, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

Адронный коллайдер

На этой неделе на Лонг-Айленде стартовал его 25-й и последний запуск, который станет финальным аккордом перед строительством нового электрон-ионного коллайдера (EIC). В течение 2025 года физики RHIC соберут последние данные о кварк-глюонной плазме — загадочном состоянии материи, которое существовало в первые мгновения после Большого взрыва.

"Главная цель RHIC заключалась в том, чтобы впервые на Земле воссоздать вещество, которое заполняло Вселенную через несколько микросекунд после её рождения. И мы это сделали", — рассказал Джеймс Данлоп, заместитель заведующего кафедрой ядерной физики в Брукхейвенской лаборатории.

Данлоп сравнивает открытие с кипячением воды: никто не ожидает, что при нагреве она станет ещё более жидкой. Однако именно это произошло с кварк-глюонной плазмой — она ведёт себя как идеальная жидкость, обладающая наименьшей вязкостью среди известных веществ.

В последней серии экспериментов RHIC проведёт столкновения ядер золота с энергией 200 миллиардов электронвольт. Эти эксперименты продлятся до июня, после чего установка возьмёт паузу на июль и август, чтобы избежать перегрева оборудования в летнюю жару.

В рамках финального запуска детектор STAR соберет данные о 10 миллиардах событий, а детектор sPHENIX — о 50 миллиардах столкновений, чтобы исследовать свойства кварк-глюонной плазмы. Учёные также используют специальные "триггеры", позволяющие в реальном времени отслеживать столкновения и отбирать события с наиболее интересными частицами.

"Комбинируя эти данные с результатами экспериментов на Большом адронном коллайдере, мы сможем глубже понять, как эта экзотическая материя ведёт себя при разных температурах", — поясняет Меган Коннорс, физик из Университета штата Джорджия.

После завершения работы RHIC его инфраструктура будет модернизирована для нового электрон-ионного коллайдера (EIC). Новый ускоритель займётся изучением структуры атомных ядер, протонов и нейтронов, исследуя фундаментальные силы, связывающие кварки.

"RHIC позволил нам понять, как материя ведет себя в экстремально горячих и плотных условиях, а EIC даст возможность изучить ядерную материю в её холодном состоянии", — говорит Джин Хуан, представитель детектора sPHENIX.

Исследования такого масштаба не только раскрывают тайны ранней Вселенной, но и прокладывают путь к новым технологиям, доказывая, что фундаментальная наука — это инвестиция в будущее, передает gizmodo.

Уточнения

Колла́йдер (англ. collider от collide — «сталкиваться») — ускоритель частиц на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений.