Мы по-прежнему знаем очень мало о первых микросекундах после Большого взрыва. Теорий много, и каждую приходится проверять снова и снова, чтобы убедиться, что она действительно согласуется с наблюдениями и здравым смыслом науки. Этот путь кажется медленным, но у него появился перспективный ускоритель: в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде заработал обновлённый детектор sPHENIX, и его первые результаты внушают оптимизм.
В свежей статье в Journal of High Energy Physics участники коллаборации sPHENIX сообщили, что установка с блеском прошла «тест стандартной свечи» — корректно зарегистрировала и измерила энергию столкновений ионов золота, разогнанных почти до скорости света. Для физиков это базовая, но очень строгая проверка: если детектор уверенно ловит эталонный сигнал, значит он калиброван и готов к большой науке.
sPHENIX — это двухэтажный, тысячетонный детектор с мощной «камерой», фиксирующей и анализирующей до 15 тысяч столкновений частиц в секунду. Он пришёл на смену прекратившему работу детектору PHENIX на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC). «Это значит, что детектор работает как должен, — объясняет Гюнтер Роланд, физик из MIT и участник коллаборации sPHENIX, в комментарии для MIT News. — Как будто вы отправили в космос новый телескоп, строили его десять лет, а он делает первый снимок. Возможно, на нём нет чего-то принципиально нового, но сам факт показывает: теперь можно браться за новую науку».
Чтобы заглянуть в «горячую кашу» ранней Вселенной, физики пытаются воссоздать условия чудовищно высоких температур и давлений, при которых кварки и глюоны — фундаментальные кирпичики протонов и нейтронов — перестают быть скованными внутри ядер и существуют по отдельности в плотной «суповой» среде, называемой кварк-глюонной плазмой. RHIC разгоняет навстречу друг другу пучки частиц; при редких центральных столкновениях высвобождается колоссальная энергия, и на секстиллионную долю секунды (10⁻²¹ с) возникает кварк-глюонная плазма. «Саму плазму вы никогда не увидите — только её „пепел“, то есть частицы, на которые она распадается, — говорит Роланд. — Задача sPHENIX — измерять эти частицы настолько детально, чтобы по ним восстановить свойства исчезающей почти мгновенно среды».
Первые испытания обнадёживают, однако команду ждут и другие проверки качества. Исследователи называют sPHENIX «гигантской 3D-камерой», которая одновременно отслеживает число частиц, их энергию и траектории в каждом отдельном столкновении. «sPHENIX использует весь прогресс детекторных технологий со времени запуска RHIC 25 лет назад и собирает данные с максимально возможной скоростью, — отмечает Кэмерон Дин, постдок из MIT и участник коллаборации. — Это позволяет нам впервые заглянуть в крайне редкие процессы».
Та же впечатляющая производительность требует и кропотливого обслуживания, но команда уверена, что движется в верном направлении. Сейчас sPHENIX работает на 25-м и финальном пуске RHIC; затем эстафету примет его преемник — электрон-ионный коллайдер (EIC). «Для sPHENIX самое интересное только начинается», — резюмирует Дин.