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离子碰撞的启动时间探索核物质的阶段

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相对论重离子对撞机运行19年将继续寻找从质子和中子到夸克 - 胶子等离子体过渡的关键点 。
纽约州UPTON市1月2日标志着相对论重离子对撞机(RHIC)19年物理运行的启动，这是能源部科学办公室在布鲁克海文实验室进行核物理研究的用户设施 。物理学家将进行一系列实验，探索创新的光束冷却技术，并进一步绘制各种能量碰撞产生的条件 。核物理学的最终目标是充分了解核物质的行为 - 构成原子核的质子和中子以及那些粒子的组成构造块，称为夸克和胶子 。
许多早期的实验在RHIC以不同的能量碰撞金离子，这证明了能量碰撞会产生极端温度(数万亿摄氏度) 。这些碰撞将夸克和胶子从单独的质子和中子中解放出来，形成夸克和胶子的热汤，模仿早期宇宙在质子，中子或原子形成之前的样子 。
“这次运行的主要目标是降低碰撞能量，探索核相图的低能量部分，以帮助确定产生这种夸克 - 胶子等离子体所需的条件，”丹尼尔·塞布拉说 。RHIC的STAR实验 。作为加州大学戴维斯分校的教授，Cebra正在休假，去布鲁克海文帮助协调今年的实验 。
STAR本质上是一种房屋大小的数码相机，具有许多不同的探测器系统，用于跟踪碰撞中产生的粒子 。核物理学家分析粒子和特征的混合，例如它们的能量和轨迹，以了解离子碰撞时产生的条件 。
通过在各种低能量下碰撞金离子，包括一束金离子撞击固定目标而不是反循环光束的碰撞，RHIC物理学家将寻找所谓的“临界点”的迹象 。核相图上的一个点 - 夸克和胶子在不同条件下的相位图 - 从普通物质到自由夸克和胶子的转变从平滑物质转变为突然的相移，物质的两种状态可以共存 。
STAR获得更广泛的视野
STAR将拥有新组件，以提高其捕获这些碰撞中的动作的能力 。这些包括时间投影室(TPC)的新内部区域 - 充满气体的室内颗粒从夸克 - 胶子等离子体中的原点穿过到穿过大圆柱形磁体的内壁和外壁的敏感电子器件 。在新的航段后面还将有一个“飞行时间”(ToF)墙放置在其中一个STAR端盖上 。
“这些主要目的是通过提高STAR的接受度来提高STAR对关键点签名的敏感度 - 基本上是在碰撞图片中捕获的视野 - 大约50%，”副主席James Dunlop说道 。布鲁克海文实验室物理系的核物理 。
“这两个组成部分都有很大的国际贡献，”邓禄普指出 。“iTPC部门的很大一部分建设是由STAR在的合作机构完成的 。端盖ToF是在德国反质子和离子研究设施(FAIR)中为称为压缩重子物质(CBM)的实验构建的探测器的原型 。RHIC的早期测试将使CBM能够看到探测器组件在FAIR安装之前在实际条件下的表现如何，同时为互利物理计划提供必要设备的合作，“他说 。
电子冷却测试
在2月中旬碰撞实验开始之前，RHIC物理学家将测试加速器的一个新组件，旨在最大限度地提高低能量碰撞率 。“我们从过去的经验中了解到，RHIC在低能量下的操作面临着多重挑战，”Run 19的RHIC Run协调员Chuyu Liu表示 。“最困难的是，紧密聚集的离子往往会升温并散开，因为它们在加速器环中循环 。“
这使得一个光束中的离子不太可能撞击另一个光束中的离子 。
为了抵消这种加热/扩散，RHIC的加速器物理学家增加了一条光束线，将加速的“冷”电子带入每个RHIC环的一部分，以从循环离子中提取热量 。这与通过家用冰箱的液体提取热量以保持食物凉爽的方式非常相似 。但是，与冷冻冰淇淋或冷切割相比，结果是更紧密堆积的离子束，当反向循环光束交叉时应该导致更多的碰撞 。
去年，由Alexei Fedotov领导的团队证明电子束具有冷却所需的基本特性 。经过多次升级以进一步提高光束质量和稳定性，今年的目标是证明电子束实际上可以冷却金离子束 。目的是完成对该技术的微调，以便明年可用于物理课程 。
布鲁克海文的核与粒子物理副主任实验室主任伯恩特·穆勒指出，“这十九年的运作再次证明了RHIC团队 - 加速器物理学家和实验家 - 如何继续探索创新技术和方法来扩展物理学的能力 。世界上最通用的粒子加速器 。“
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