O detector Sphenix está a caminho de revelar propriedades do plasma primordial de gluon de quarks.
Um novo e poderoso detector de partículas acabou de passar em um teste crítico em seu objetivo de decifrar os ingredientes do universo inicial.
O detector Sphenix é o mais novo experimento no colisor de íons pesados (RHIC) do Laboratório Nacional de Brookhaven e foi projetado para medir com precisão produtos de produtos de colisões de partículas de alta velocidade. Desde as consequências, os cientistas esperam reconstruir as propriedades do plasma de quarks-gluon (QGP)-uma sopa de partículas subatômicas de partículas subatômicas conhecidas como quarks e glúons que se acredita ter surgido nos poucos microssegundos após o huge bang. Com a mesma rapidez, o misterioso plasma desapareceu, esfriando e combinando para formar os prótons e nêutrons que compõem a matéria comum de hoje.
Agora, o detector Sphenix fez uma medição importante que prova que ele tem precisão para ajudar a reunir as propriedades primordiais do plasma de quark-gluon.
Em um papel no Journal of Excessive Power Physicscientistas, incluindo físicos do MIT, relatam que a sfenix mediu com precisão o número e a energia de partículas que saíam de íons dourados que colidiram perto da velocidade da luz.
Direto em frente
Este teste é considerado na física uma “vela padrão”, o que significa que a medição é uma constante bem estabelecida que pode ser usada para avaliar a precisão de um detector.
Em specific, o sfenix mediu com sucesso o número de partículas carregadas que são produzidas quando dois íons de ouro colidem e determinou como esse número muda quando os íons colidem de frente, em vez de apenas dar uma olhada. As medidas do detector revelaram que as colisões de frente produziram 10 vezes mais partículas carregadas, que também eram 10 vezes mais enérgicas, em comparação com colisões menos seguidas.
“Isso indica que o detector funciona como deveria”, diz Gunther RolandProfessor de Física do MIT, que é membro e ex -porta -voz da colaboração Sphenix. “É como se você tivesse enviado um novo telescópio no espaço depois de passar 10 anos construindo -o, e isso tira a primeira foto. Não é necessariamente uma foto de algo completamente novo, mas isso agora está pronto para começar a fazer uma nova ciência”.
“Com essa base forte, a Sphenix está bem posicionada para avançar no estudo do plasma de quark-gluon com maior precisão e melhor resolução”, acrescenta Hao-Ren Jheng, um estudante de graduação em física do MIT e co-autor do novo artigo. “A investigação da evolução, estrutura e propriedades do QGP nos ajudará a reconstruir as condições do universo inicial”.
Os co-autores do artigo são todos membros da colaboração Sphenix, que compreende mais de 300 cientistas de várias instituições em todo o mundo, incluindo Roland, Jheng e físicos no MIT’s Bates Analysis and Engineering Middle.
“Foi embora em um instante”
Collidores de partículas como o RHIC de Brookhaven são projetados para acelerar partículas em velocidades “relativísticas”, o que significa próximo à velocidade da luz. Quando essas partículas são arremessadas em oposta, circulando feixes e reunidas de volta, quaisquer esmagamentos que ocorram podem liberar uma enorme quantidade de energia. Nas condições certas, essa energia pode existir brevemente na forma de plasma de quark-gluon-as mesmas coisas que surgiram do Massive Bang.
Assim como no universo inicial, o plasma de quark-gluon não fica por muito tempo em coletores de partículas. Se e quando o QGP for produzido, ele existe por apenas 10 para o menos 22, ou cerca de um sexilhão, de um segundo. Nesse momento, o plasma de quark-gluon é incrivelmente quente, até vários trilhões de graus Celsius, e se comporta como um “fluido perfeito”, movendo-se como uma entidade e não como uma coleção de partículas aleatórias. Quase imediatamente, esse comportamento exótico desaparece e o plasma esfria e transita para partículas mais comuns, como prótons e nêutrons, que saem da colisão principal.
“Você nunca vê o QGP em si – você apenas vê suas cinzas, por assim dizer, na forma das partículas que vêm de sua deterioração”, diz Roland. “Com a Sphenix, queremos medir essas partículas para reconstruir as propriedades do QGP, que se afastaram essencialmente em um instante.”
“Um em um bilhão”
O detector Sphenix é a próxima geração do experimento de interação nuclear de alta energia pioneira unique de Brookhaven, ou Phenix, que media colisões de íons pesados gerados pelo RHIC. Em 2021, a Sphenix foi instalada no lugar de seu antecessor, como uma versão mais rápida e mais poderosa, projetada para detectar assinaturas mais sutis e efêmeras do Quark-Gluon Plasma.
O próprio detector tem o tamanho de uma casa de dois andares e pesa cerca de 1.000 toneladas. Senta -se na interseção dos dois principais feixes de collider do rhic, onde partículas relativísticas, aceleraram de direções opostas, encontram e colidem, produzindo partículas que voam para o detector. O detector Sphenix é capaz de capturar e medir 15.000 colisões de partículas por segundo, graças ao seu romance, componentes em camadas, incluindo o MVTX, ou micro-vertex-um subdettor que foi projetado, construído e instalado por cientistas do Centro de Pesquisa e Engenharia do MIT.
Juntos, os sistemas do detector permitem que a esfenix atue como uma câmera 3D gigante que pode rastrear o número, energia e caminhos de partículas individuais durante uma explosão de partículas geradas por uma única colisão.
“Sphenix aproveita os desenvolvimentos na tecnologia do detector desde que o RHIC ligou há 25 anos, para coletar dados na taxa mais rápida possível”, diz o MIT PostDoc Cameron Dean, que foi o principal contribuinte para a análise do novo estudo. “Isso nos permite investigar processos incrivelmente raros pela primeira vez.”
No outono de 2024, os cientistas executaram o detector através do teste de “vela padrão” para avaliar sua velocidade e precisão. Durante três semanas, eles reuniram dados do Sphenix como o colisor principal aceleraram e quebraram feixes de íons dourados que viajam na velocidade da luz. Sua análise dos dados mostrou que a Sphenix mediu com precisão o número de partículas carregadas produzidas em colisões individuais de íons de ouro, bem como as energias das partículas. Além disso, o detector period sensível ao “de frente” de uma colisão e podia observar que as colisões frontais produziam mais partículas com maior energia, em comparação com colisões menos diretas.
“Essa medição fornece evidências claras de que o detector está funcionando como pretendido”, diz Jheng.
“A diversão para Sphenix está apenas começando”, acrescenta Dean. “Atualmente, estamos de volta colidindo partículas e esperamos fazê-lo por vários meses. Com todos os nossos dados, podemos procurar um processo raro de um bilhão que possa nos dar informações sobre coisas como a densidade do QGP, a difusão de partículas por meio de matéria ultra-densa e quanta energia é necessária para se ligar a diferentes partículas”.
Este trabalho foi apoiado, em parte, pelo Departamento de Energia dos EUA e pela Nationwide Science Basis.
