Новият детектор на частици sPHENIX успешно премина критичен тест, потвърждаващ готовността му да изучава кварк-глюонна плазма.

Това е необикновена субстанция, от която се е формирала материята непосредствено след Големия взрив.

Новината съобщават учени от Масачузетския технологичен институт и Брукхейвънската национална лаборатория в статия, публикувана в Journal of High Energy Physics.

sPHENIX е инсталиран на Релативисткия колайдер на тежки йони (RHIC) в Брукхейвън.

Предназначен е за прецизно измерване на продуктите от високоскоростни сблъсъци на частици.

Използвайки тези данни, учените се надяват да възстановят свойствата на кварк-глюонната плазма (QGP). Нажежена „супа от субатомни частици“, която е съществувала само няколко микросекунди след Големия взрив.

Тази плазма почти веднага се е охладила и се е превърнала в протони и неутрони – основата на съвременната материя.

При изпитанието sPHENIX е проверил точността на измерванията си, използвайки така наречената „стандартна свещ“. А именно – добре известен във физиката сблъсък, който служи като еталон за проверка на инструменти.

В продължение на три седмици над 300 учени от различни страни са регистрирали сблъсъци на златни йони, анализирайки данните и потвърждавайки точността на измерванията.

Детекторът е измервал броя и енергията на заредените частици, образуващи се при сблъсъка на два златни йона със скорост, близка до тази на светлината.

Резултатите показват, че при челни сблъсъци се образуват десет пъти повече частици, всяка от които притежава десет пъти по-висока енергия в сравнение с по-непреките удари.

„Това потвърждава, че детекторът работи както трябва. Все едно сте изстреляли нов телескоп в космоса след десет години строеж: първото изображение може да е познато, но то показва, че уредът е готов за нови открития“, казва Гюнтер Роланд, професор в MIT и участник в колаборацията sPHENIX.

sPHENIX е способен да измерва до 15 000 сблъсъка на частици в секунда благодарение на многослойната си конструкция, включваща вътрешни и външни адронни калориметри, електромагнитен калориметър, системи за проследяване и свръхпроводящ соленоид.

Той функционира като гигантска 3D камера, която регистрира броя, енергията и траекториите на отделните частици при всеки сблъсък.

„Системата ни позволява за първи път да наблюдаваме изключително редки процеси, случващи се веднъж на милиард“, обяснява Камерън Дийн, постдокторант в Масачузетския технологичен институт.

QGP е изключително краткотрайно и необичайно състояние на материята.

То съществува само една секстилионна част от секундата (10⁻²² секунди) при температури до трилиони градуси по Целзий. И се държи като „идеална течност“, движейки се като едно цяло, а не като съвкупност от отделни частици.

„Никога не виждате самата плазма – само нейната „пепел“ под формата на частици след разпада“, отбелязва Роланд.

Именно това помага да се измери sPHENIX, за да се възстановят свойствата на QGP.

Детекторът е следващото поколение на оригиналния PHENIX, който вече е изучавал сблъсъци на тежки йони в RHIC.

sPHENIX го замени, като е по-бърз и по-чувствителен, способен да улавя фини и редки сигнали от кварк-глюонната плазма.

„Сега можем да продължим изследванията на QGP с висока точност и резолюция. Това ще помогне да се разберат еволюцията, структурата и свойствата на кварк-глюонната плазма и да се възстановят условията в ранната Вселена“, добавя докторантът Хао-Рен Джън.