Căutarea umanității de a desluși cele mai vechi momente ale universului a primit un impuls semnificativ odată cu validarea cu succes a detectorului sPHENIX la Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) din Brookhaven National Laboratory. Acest instrument de ultimă generație este acum complet operațional pentru a sonda „cenușa” plasmei quark-gluon (PQG), o stare exotică a materiei care a dominat cosmosul la doar microsecunde după Big Bang. Performanța sa de succes într-un test de referință crucial deschide noi căi pentru înțelegerea modului în care particulele fundamentale s-au coalescit în materia stabilă pe care o vedem astăzi în întregul univers.
- Detectorul sPHENIX a fost validat cu succes la Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC).
- Scopul său principal este studierea „cenușii” plasmei quark-gluon (PQG).
- PQG este o stare exotică a materiei care a existat la scurt timp după Big Bang.
- Validarea deschide noi perspective în înțelegerea formării materiei stabile din univers.
- sPHENIX va măsura produsele de descompunere ale PQG pentru a-i deduce proprietățile originale.
Contextul Cosmologic: Plasma Quark-Gluon
Plasma quark-gluon reprezintă o supă primordială de quarcuri și gluoni liberi, constituenții fundamentali ai protonilor și neutronilor. Existând doar la temperaturi și densități extreme, PQG oferă o fereastră unică către condițiile inițiale ale universului, înainte ca materia așa cum o cunoaștem să se poată forma. RHIC, al doilea cel mai puternic accelerator de particule din lume după Large Hadron Collider, facilitează această cercetare prin zdrobirea ionilor grei, cum ar fi aurul, la viteze aproape de cea a luminii. Aceste coliziuni recreează momentan condițiile necesare pentru a genera PQG, permițând fizicienilor să-i studieze proprietățile.
Validarea Sondei Primordiale
Pregătirea sPHENIX pentru această cercetare profundă a fost confirmată printr-un test riguros de „lumânare standard”, un reper fundamental în fizica particulelor utilizat pentru a evalua precizia detectorului. Spre deosebire de lumânările standard astronomice, acesta se referă la măsurarea precisă a constantelor stabilite. Proiectul sPHENIX a realizat acest lucru prin cuantificarea exactă a numărului și a energiei colective a particulelor produse atunci când doi ioni de aur s-au ciocnit la viteze relativiste.
O validare suplimentară a venit din capacitatea detectorului de a diferenția și măsura particulele lansate în coliziuni frontale versus coliziuni tangențiale între ioni de aur. Rezultatele sPHENIX au arătat că coliziunile frontale au generat de zece ori mai multe particule cu o energie de zece ori mai mare în comparație cu omologii lor tangențiali. Această consistență cantitativă este crucială, semnalând că detectorul funcționează conform proiectului. Gunther Roland, membru al echipei de colaborare sPHENIX și profesor de fizică la Massachusetts Institute of Technology (MIT), a comparat-o cu prima imagine de succes a unui nou telescop, confirmând pregătirea sa pentru noi descoperiri științifice.
Dezvăluirea Primelor Momente ale Universului
Deși acceleratoarele de particule pot invoca pe scurt plasma quark-gluon, existența sa este excesiv de tranzitorie, durând doar o sextilioana parte dintr-o secundă. În acest micro-instant, PQG atinge temperaturi de trilioane de grade și se comportă ca un „fluid perfect” mai degrabă decât o colecție dezordonată de particule. Pe măsură ce se răcește rapid, această stare exotică se disipează, formând protonii și neutronii care ulterior se îndepărtează de locul coliziunii. Prin urmare, cercetătorii nu pot observa direct PQG; în schimb, ei analizează meticulos produsele sale de descompunere — „cenușa” sa — pentru a reconstitui caracteristicile originale ale plasmei. Așa cum a explicat Roland, sPHENIX este conceput pentru a măsura aceste particule rezultante pentru a deduce proprietățile plasmei care dispare aproape instantaneu.
Detectorul sPHENIX, o structură impunătoare de dimensiunea unei case cu două etaje și cântărind aproximativ 1.000 de tone, reprezintă un salt semnificativ în tehnologia de detecție a particulelor. Poziționat strategic în cadrul fasciculelor principale ale RHIC, este proiectat să captureze și să măsoare uimitoare 15.000 de coliziuni de particule pe secundă. Această minune tehnologică funcționează asemănător unei camere 3D masive, urmărind cantitatea, energia și traiectoriile particulelor generate în aceste evenimente de înaltă energie. Cercetătorul MIT Cameron Dean a subliniat că sPHENIX valorifică două decenii de progrese în detectoare, permițându-i să colecteze date la rate fără precedent și să sondeze procese excepțional de rare.
Testarea riguroasă a „lumânării standard”, condusă pe parcursul a trei săptămâni în toamna anului 2024, a pus bazele misiunii științifice continue a sPHENIX. Detectorul este în prezent angajat în experimente suplimentare de coliziune de particule, așteptate să continue timp de mai multe luni. Această colectare extinsă de date vizează descoperirea unor procese rare, evazive, de unul la un miliard, care ar putea oferi perspective profunde asupra unor aspecte critice, cum ar fi densitatea PQG, difuzia particulelor prin materie ultradensă și energia fundamentală necesară pentru a lega particulele. Aceste descoperiri, odată analizate complet, sunt anticipate a fi publicate în ediția din august a Journal of High Energy Physics, contribuind semnificativ la înțelegerea noastră fundamentală a universului.