Брукхейвенская национальная лаборатория в Аптоне (Нью-Йорк) 6 февраля объявила о закрытии Релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC). Проект проработал 25 лет.
Релятивистский коллайдер тяжёлых ионов был разработан для воссоздания самых ранних мгновений жизни Вселенной путём столкновения атомных ядер, содержащих протоны и нейтроны, со скоростью, близкой к скорости света.
Ранее физики выяснили, что сильное взаимодействие можно наблюдать между кварками. Три кварка объединяются, образуя протоны и нейтроны, которые, в свою очередь, формируют ядра атомов. Это предполагает, что вся материя в массе состоит в основном из кварков. Но, вопреки этим догадкам, три кварка, составляющие протон, в сумме весят около 1% его массы, а на остальной вес приходится «клей» или частицы, называемые глюонами, которые постоянно обмениваются между кварками и, что ещё более странно, сами по себе совершенно безмассовы. Тогда физики задались вопросом, как несколько лёгких кварков и море безмассовых глюонов в сумме дают массу громоздкого протона, исчисляемую гигаэлектронвольтами.
Кроме того, учёных интересовало, откуда у протона берётся спин. Изначально предполагалось,что спин протона должен исходить от составляющих его кварков, но в 1987 году физики обнаружили, что это не так. Чтобы найти недостающий источник спина, они поняли, что им нужен способ расщеплять протоны и изучать их внутреннее строение.
В сегодняшней относительно холодной и диффузной Вселенной кварки обосновались в своих протонных и нейтронных «домах», ведя спокойную жизнь. Но в невероятно горячих и плотных условиях, непосредственно последовавших за Большим взрывом, они были настолько сжаты вместе, что на короткое время стали вести себя как единая жидкость или «огненный первородный суп». Физики назвали эту особую фазу странной материи кварк-глюонной плазмой.
За 25 лет работы RHIC физикам удалось реализовать столкновения ядер золота при энергии в центре масс 200 ГэВ/нуклон, выявить новый вид квантовой запутанности, а также отдельно запустить два протона, столкнувшихся с точно выровненными спинами.
Десять лет исследований ионной плазмы показали, что она убедительно представляет собой кварк-глюонную структуру. Вместо газа из кварков и глюонов плазма вела себя как вихревая жидкость, несуществующая в природе. Она демонстрировала нулевое трение и установила новый рекорд по «вихревому движению». Пол Мантика, директор отдела управления объектами и проектами в Управлении ядерной физики Министерства энергетики США, отмечал, что «это изменило парадигму».
Данные последнего запуска RHIC почти год назад уже позволили сделать открытие: учёные нашли доказательство существования «виртуальных частиц» в субатомных потоках кварк-глюонной плазмы. Это беспрецедентное исследование квантового вакуума. Последний запуск RHIC сгенерировал сотни петабайт данных, которые ещё предстоит изучить.
Как отмечается в Science News, закрытие RHIC «знаменует собой конец единственного работающего в Соединённых Штатах ускорителя частиц и единственного в своем роде ускорителя в мире, так как большинство из них не способны направить два пучка частиц так, чтобы они столкнулись лоб в лоб».
Физик Ангелика Дрис отметила, что теперь исследователи собираются «создать там нечто ещё более хорошее». Предполагается, что RHIC заменит более мощный электронно-ионный коллайдер, который позволит продолжить работу в этой области физики. Он будет частично построен на основе RHIC, используя одно из двух его гигантских подземных накопительных колец, в которых когда-то хранился запас циркулирующих ядер, движущихся со скоростью, близкой к скорости света.
Строительство нового коллайдера запланировано на следующее десятилетие. Электронно-ионный коллайдер (EIC) будет включать также кольцо для циклической работы электронов, которые на скорости будут разрезать гораздо более крупные ионы золота. Это позволит физикам изучить работу кварков и глюонов. EIC станет первым коллайдером, построенным в США после RHIC. Для некоторых учёных это знаменует возвращение страны в сферу физики элементарных частиц, которую она в значительной степени уступила Европе и Азии за последние два десятилетия.
