Войти
 Релятивистский коллайдер тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории. Особо обратите внимание на второе, независимое кольцо за синей полосой. Едва заметный между белой и красной трубами на правой стене находится оранжевый аварийный шнур, который должен использоваться, чтобы остановить луч любым, кто попал в туннель при включении питания. | |
| Пересекающиеся хранилища Кольца | ЦЕРН, 1971–1984 |
|---|---|
| Протонно-антипротонный коллайдер (SPS ) | ЦЕРН, 1981–1991 |
| ISABELLE | BNL, отменено в 1983 г. |
| Тэватрон | Фермилаб, 1987–2011 гг. |
| Сверхпроводящий суперколлайдер | Отменено в 1993 г. |
| Релятивистский коллайдер тяжелых ионов | BNL, 2000 – настоящее время |
| Большой адронный коллайдер | ЦЕРН, 2009 – настоящее время |
| Круговой коллайдер будущего | Предложено |
Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC ) является первым и одним из двух работающих коллайдеров тяжелых ионов и единственного спин -поляризованного протона коллайдер, когда-либо построенный. Расположен в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL) в Аптоне, Нью-Йорк и используется международной группой исследователей. это единственный действующий коллайдер частиц в США. Используя RHIC для столкновения ионов, движущихся с релятивистскими скоростями, физики изучают изначальную форму материи, существовавшую во вселенной вскоре после Большой взрыв. Путем столкновения спин-поляризованных протонов исследуется спиновая структура протона .
По состоянию на 2019 год RHIC является вторым в мире коллайдером тяжелых ионов с самой высокой энергией. По состоянию на 7 ноября 2010 г. Большой адронный коллайдер (LHC) сталкивался с тяжелыми ионами свинца при более высоких энергиях, чем RHIC. Время работы LHC для ионов (столкновения свинец-свинец и свинец-протон) ограничено примерно одним месяцем в год.
В 2010 году физики RHIC опубликовали результаты измерений температуры из более ранних экспериментов, которые пришли к выводу, что при столкновениях ионов золота были достигнуты температуры, превышающие 345 МэВ (4 теракельвина или 7 триллионов градусов по Фаренгейту), и что эти температуры столкновения привело к разрушению «нормальной материи» и созданию жидко-подобной кварк-глюонной плазмы.
В январе 2020 года Управление науки Министерства энергетики США выбрало дизайн eRHIC для будущего Electron –Ion collider (EIC), построенный на существующей установке RHIC в BNL.
RHIC - это пересекающееся накопительное кольцо ускоритель частиц. Два независимых кольца (условно обозначенные как «синий» и «желтый») циркулируют тяжелые ионы и / или поляризованные протоны в противоположных направлениях и позволяют практически свободный выбор положительного столкновения заряженные частицы (модернизация eRHIC допускает столкновения между положительно и отрицательно заряженными частицами). Двойное накопительное кольцо RHIC имеет форму гексагональной и окружность 3834 м с изогнутыми краями, в которых хранящиеся частицы отклоняются и фокусируются 1740 сверхпроводящими магнитами с использованием ниобий-титана. проводники. дипольные магниты работают при 3,45 Т. Шесть точек взаимодействия (между частицами, циркулирующими в двух кольцах) находятся в середине шести относительно прямых участков, где два кольца пересекаются, позволяя частицам сталкиваться. Точки взаимодействия пронумерованы положениями часов, при этом впрыск находится около 6 часов. Два больших эксперимента, STAR и PHENIX, расположены в 6 и 8 часах соответственно. Эксперимент PHENIX в настоящее время подвергается серьезной модернизации, чтобы стать sPHENIX.
Частица проходит несколько стадий бустеров, прежде чем достигнет накопительного кольца RHIC. Первой ступенью для ионов является источник ионов электронного пучка (EBIS), а для протонов используется линейный ускоритель (Linac) на 200 МэВ . Например, ядра золота, покидающие EBIS, имеют кинетическую энергию 2 МэВ на нуклон и имеют электрический заряд Q = +32 (32 из 79 электронов, оторванных от атома золота). Затем частицы ускоряются бустерным синхротроном до 100 МэВ на нуклон, который вводит снаряд теперь с Q = +77 в синхротрон с переменным градиентом (AGS), прежде чем они наконец достигнут 8,86 ГэВ на нуклон и инжектируются в состоянии Q = +79 (не осталось электронов) в накопительное кольцо RHIC по линии передачи AGS-to-RHIC (AtR).
На сегодняшний день в RHIC исследуются следующие типы комбинаций частиц: p + p, p + Al, p + Au, d + Au, h + Au, Cu + Cu, Cu + Au, Zr + Zr, Ru + Ru, Au + Au и U + U. Снаряды обычно летят со скоростью 99,995% от скорости света. Для столкновений Au + Au энергия центра масс обычно составляет 200 ГэВ на нуклон -пару и составляет всего 7,7 ГэВ на нуклон - пара. Средняя яркость 2 × 10 см была нацелена во время планирования. Текущая средняя светимость коллайдера Au + Au достигла 87 × 10 см, что в 44 раза больше проектного значения. Светимость тяжелых ионов существенно увеличивается за счет стохастического охлаждения.
Одной из уникальных характеристик RHIC является его способность сталкиваться с поляризованными протонами. RHIC является рекордсменом по количеству поляризованных протонных пучков с самой высокой энергией. Поляризованные протоны инжектируются в RHIC и сохраняют это состояние на протяжении всего периода роста энергии. Это сложная задача, которая решается с помощью штопорных магнитов, называемых «сибирскими змеями» (в RHIC это цепные 4-х спиральные дипольные магниты). Штопор заставляет магнитное поле закручиваться по спирали в направлении луча. 12 февраля 2009 г. в Run-9 была достигнута энергия центра масс 500 ГэВ. В Run-13 средняя светимость p + p коллайдера достигла 160 × 10 см, со средней поляризацией по времени и интенсивности 52%.
Диполи переменного тока были впервые использованы в нелинейной диагностике машин в RHIC.
Гелиевая холодильная система мощностью 25 кВт который охлаждает сверхпроводящие магниты до рабочей температуры 4,5 К.
Дуговой дипольный магнит. Прорези для электрических шин (вверху и внизу) и лучевая трубка (посередине) в верхней части вакуумной оболочки
Кривизна лучевой трубы, видимой через концы дугового дипольного магнита
Два основных ускорительных кольца внутри туннеля RHIC
Детектор STAR
Датчик прямого кремниевого вершинного детектора (FVTX) детектора PHENIX на микроскопе
Изображение столкновений ионов золота, зафиксированное детектором STAR. Есть один детектор, в настоящее время работающий на RHIC: STAR (6 часов, рядом с линией передачи от AGS к RHIC). PHENIX (8 часов) получил последние данные в 2016 году. PHOBOS (10 часов) завершил свою работу в 2005 году, а BRAHMS (2 часа) в 2006 году. Новый детектор sPHENIX находится в стадии разработки. в старом зале PHENIX. Ожидается, что данные будут получены в 2023 году.
Среди двух более крупных детекторов, STAR нацелен на обнаружение адронов с помощью системы временной проекции. камеры, покрывающие большой телесный угол и в традиционно генерируемом соленоидальном магнитном поле, в то время как PHENIX дополнительно специализируется на обнаружении редких и электромагнитных частиц с использованием системы обнаружения частичного покрытия в сверхпроводящее осевое магнитное поле. Детекторы меньшего размера имеют большее покрытие псевдобыстротой, PHOBOS имеет наибольшее покрытие псевдобыстротой среди всех детекторов и адаптированы для измерения множественности объемных частиц, в то время как BRAHMS разработан для импульсной спектроскопии с целью изучения так называемые "малые x" и физика насыщения. Существует дополнительный эксперимент, PP2PP (теперь часть STAR), исследующий зависимость спина в p + p рассеянии.
Представители каждого из экспериментов:
Для экспериментальной цели создания и изучения кварк-глюонной плазмы RHIC имеет уникальная способность обеспечивать базовые измерения для себя. Она состоит из комбинаций снарядов с более низкой энергией и меньшим массовым числом, которые не приводят к плотности 200 ГэВ столкновений Au + Au, таких как p + p и столкновения d + Au из предыдущих прогонов, а также столкновения Cu + Cu в прогоне-5.
Используя этот подход, важные результаты измерения горячего вещества КХД, созданного в RHIC, следующие:
(pT- поперечный импульс, 
угол к плоскости реакции). Это прямой результат эллиптической формы области перекрытия ядер во время столкновения и гидродинамических свойств созданного вещества.
, где N part / 2 - количество участвующих нуклонов в столкновении (в отличие от количества двоичных столкновения). Наблюдаемая заряженная множественность следует ожидаемой зависимости 
, подтверждающий предсказания модели цветного стеклянного конденсата. Для подробного обсуждения см., Например, Дмитрий Харзеев и др.; обзор конденсатов цветного стекла см., например, Янку и Венугопалан.
. Экспериментальное значение T ch немного варьируется в зависимости от используемой модели, при этом большинство авторов дает значение 160 МэВ < Tch< 180 MeV, which is very close to the expected QCD phase transition value of approximately 170 MeV obtained by lattice QCD calculations (see e.g. Karsch).. В то время как в первые годы теоретики стремились утверждать, что RHIC открыл кварк-глюонный плазмы (например, Gyulassy McLarren), экспериментальные группы были более осторожны, чтобы не делать поспешных выводов, ссылаясь на различные переменные, все еще нуждающиеся в дальнейших измерениях. Настоящие результаты показывают, что созданная материя представляет собой жидкость с вязкостью, близкой к квантовому пределу, но отличается от слабо взаимодействующей плазмы (широко распространенное, но не количественно необоснованное мнение о том, как выглядит кварк-глюонная плазма).
Недавний обзор результатов физики предоставлен RHIC Experimental Evaluations 2004, попыткой экспериментов RHIC в масштабе всего сообщества оценить текущие данные в контексте их значения для формирования новое состояние материи. Это результаты первых трех лет сбора данных в RHIC.
Новые результаты были опубликованы в Physical Review Letters 16 февраля 2010 года, в которых говорится об открытии первых намеков на преобразования симметрии, и что наблюдения могут предполагать, что пузыри, образовавшиеся в результате столкновений, созданных в RHIC, могут нарушить симметрию четности, которая обычно характеризует взаимодействия между кварками и глюонами.
. Физики RHIC объявили о новых измерениях температуры для этих экспериментов, достигающей 4 триллионов кельвинов - самой высокой температуры, когда-либо достигнутой в лаборатории. Он описывается как воссоздание условий, существовавших во время рождения Вселенной.
В конце 2012 года Консультативный комитет по ядерной науке (NSAC) был попросили посоветовать Управлению науки Министерства энергетики и Национальному научному фонду, как реализовать долгосрочный план ядерной науки, написанный в 2007 году, если будущие бюджеты ядерной науки по-прежнему не будут обеспечивать роста в течение следующих четырех лет. В результате узкого голосования комитет NSAC отдал небольшое предпочтение, исходя из соображений, не связанных с наукой, в отношении закрытия RHIC, а не отмены строительства объекта для редких изотопных пучков (FRIB).
К октябрю 2015 года ситуация с бюджетом улучшилась, и RHIC может продолжить работу в следующем десятилетии.
RHIC начал работу в 2000 году и до ноября 2010 года был самым мощный коллайдер тяжелых ионов в мире. Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРН, хотя и используется в основном для столкновения протонов, работает с тяжелыми ионами в течение примерно одного месяца в году. LHC работал с в 25 раз более высокими энергиями на нуклон. По состоянию на 2018 год RHIC и LHC - единственные действующие адронные коллайдеры в мире.
Из-за более длительного времени работы в год на RHIC можно изучить большее количество сталкивающихся типов ионов и энергии столкновений. Вдобавок и в отличие от LHC, RHIC также способен ускорять спин-поляризованные протоны, что сделало бы RHIC самым мощным в мире ускорителем для изучения спин-поляризованной структуры протонов.
Основным усовершенствованием является электронно-ионный коллайдер (EIC ), добавивший устройство с высокоинтенсивным электронным пучком 18 ГэВ, позволяющее проводить электрон-ионные столкновения. Необходимо будет построить как минимум один новый детектор для изучения столкновений. Обзор дан A. Deshpande et al. Более новое описание находится по адресу:
9 января 2020 года Пол Даббар, заместитель министра науки Управления энергетики США, объявил, что дизайн BNL eRHIC был выбран для будущего Электронно-ионный коллайдер (EIC) в США. В дополнение к выбору места было объявлено, что BNL EIC приобрел CD-0 (необходимость миссии) от Министерства энергетики.
 | Викиновости опубликовали новости по теме: |
Перед тем, как RHIC начал работу, критики постулировали, что чрезвычайно высокая энергия может вызвать катастрофические сценарии, такие как создание черной дыры, переход в другой квант механический вакуум (см. ложный вакуум ) или создание странной материи, которая более стабильна, чем обычная материя. Эти гипотезы сложны, но многие предсказывают, что Земля будет разрушена за время от секунд до тысячелетий, в зависимости от рассматриваемой теории. Однако тот факт, что объекты Солнечной системы (например, Луна) подвергались бомбардировке космическими частицами значительно более высоких энергий, чем у RHIC и других искусственных коллайдеров в течение миллиардов лет, без какого-либо ущерба к Солнечной системе, были одними из самых ярких аргументов в пользу того, что эти гипотезы были необоснованными.
| Викиновости имеют соответствующие новости: |
Другим главным спорным вопросом было требование критиков физикам, чтобы разумно исключить вероятность такого катастрофического сценария. Физики не могут продемонстрировать экспериментальные и астрофизические ограничения нулевой вероятности катастрофических событий, а также то, что завтра Землю поразит «конец света » космический луч (они можно только рассчитать верхний предел вероятности). Результатом будут те же разрушительные сценарии, описанные выше, хотя явно не по вине человека. Согласно этому аргументу о верхних пределах, RHIC все же изменит шанс на выживание Земли на бесконечно малую величину.
В связи с ускорителем частиц RHIC были высказаны опасения как в средствах массовой информации, так и в научно-популярных СМИ. Мартин Рис указал на риск сценария судного дня в отношении RHIC как минимум 1 шанс из 50 000 000. Относительно создания странников, Фрэнк Клоуз, профессор физики в Оксфордском университете, указывает, что «вероятность этого подобна вашей победе. главный приз в лотерее 3 недели подряд; проблема в том, что люди верят, что можно выиграть в лотерею 3 недели подряд ». После подробных исследований ученые пришли к таким выводам, как «вне всяких разумных сомнений, эксперименты с тяжелыми ионами на RHIC не поставят под угрозу нашу планету» и что существуют «убедительные эмпирические доказательства против возможности образования опасного странджлета». дебаты начались в 1999 году с обмена письмами в Scientific American между и F. Вильчек, в ответ на предыдущую статью М. Мукерджи. Внимание СМИ привлекла статья Дж. Лика в UK Sunday Times от 18 июля 1999 г., за которой последовали статьи в СМИ США. Споры в основном закончились отчетом комитета , созванного директором Брукхейвенской национальной лаборатории, Дж. Х. Марбургер, якобы исключающий описанные катастрофические сценарии. Тем не менее, отчет оставил открытой возможность того, что продукты столкновения релятивистских космических лучей могут вести себя по-другому при прохождении через Землю по сравнению с продуктами RHIC "в состоянии покоя"; и возможность того, что качественное различие между столкновениями протонов с высоким E с Землей или Луной может отличаться от столкновений золота с золотом на RHIC. Впоследствии Вагнер попытался предотвратить столкновение на полную мощность в RHIC, подав федеральные судебные иски в Сан-Франциско и Нью-Йорке, но безуспешно. Иск Нью-Йорка был отклонен на том основании, что иск Сан-Франциско был предпочтительным форумом. Иск Сан-Франциско был отклонен, но с разрешением на повторное рассмотрение, если дополнительная информация будет представлена и представлена в суд.
17 марта 2005 года BBC опубликовала статью, подразумевающую, что исследователь Горациу Нэстасе считает, что черные дыры были созданы на RHIC. Однако в оригинальных статьях Х. Нэстасе и статье New Scientist, цитируемой BBC, утверждается, что соответствие горячего плотного вещества КХД, созданного на RHIC, с черной дырой только в смысл соответствия КХД рассеяния в пространстве Минковского и рассеяния в пространстве AdS 5 × X 5 в AdS / CFT ; Другими словами, математически это похоже. Следовательно, столкновения RHIC могут быть описаны математикой, относящейся к теориям квантовой гравитации в рамках AdS / CFT, но описанные физические явления не совпадают.
Проект RHIC спонсировался Министерством энергетики США, Управлением науки, Управлением ядерной физики. Его постатейный бюджет составлял 616,6 млн долларов США.
В 2006 финансовом году операционный бюджет был сокращен на 16,1 млн долларов США по сравнению с годом ранее - до 115,5 млн долларов США. Хотя работа в рамках сокращения федерального бюджета в 2006 финансовом году была неопределенной, ключевая часть операционных расходов (13 миллионов долларов США) была внесена частным образом группой, близкой к Renaissance Technologies из East Setauket, New Йорк.
Координаты : 40 ° 53′2 ″ N 72 ° 52'33 ″ Вт / 40,88389 ° N 72,87583 ° Вт / 40,88389; -72.87583
