|
Физики исследуют силу, связывающую Вселенную
|
|
|
|
Вселенная появилась около 14 миллиардов лет назад из единственной точки, которая содержала огромное количество фундаментальных частиц, согласно преобладающей теории, известной как Большой взрыв. Под давлением экстремального тепла и энергии точка раздулась, а затем расширилась, превратившись во вселенную, какой мы ее знаем. Это расширение продолжается и по сей день. Раскрытие тайн того, что произошло в тот первый момент, является ключевым предметом исследований в области ядерной физики. Рози Рид, адъюнкт-профессор, и Андерс Кноспе, ассистент-профессор — оба на факультете физики — находятся на переднем крае этого исследования, исследуя природу созданной исходной материи, кварк-глюонной плазмы, жидкости, состоящей из субатомных частиц. . При поддержке Национального научного фонда они построили узкоспециализированный детектор для измерения аспектов Вселенной, которые никогда прежде не измерялись.
|
|
|
|
Рид и Кноспе устанавливают свой детектор событийной плоскости на релятивистском ионном коллайдере Брукхейвенской национальной лаборатории (RHIC) в Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, одном из двух действующих коллайдеров элементарных частиц. Они проводят эксперименты, чтобы продвигать свои совместные и индивидуальные исследования сильного ядерного взаимодействия, одного из четырех фундаментальных сил природы, наряду с гравитацией, электромагнетизмом и слабым ядерным взаимодействием. Сильное взаимодействие удерживает атомные ядра вместе. Их детектор является частью инициативы sPHENIX, «радикальной переделки» оригинальной установки Pioneering High Energy Nuclear Interaction eXperiment (PHENIX), предназначенной для исследования высокоэнергетических столкновений тяжелых ионов и протонов. Он будет включать в себя новые компоненты, которые значительно расширят возможности ученых в изучении кварк-глюонной плазмы.
|
|
|
«На коллайдере мы можем увидеть, как выглядела Вселенная в первые 10 микросекунд или около того», — говорит Рид. Их детектор плоскости событий предназначен для измерения траекторий основных заряженных частиц после столкновения. «Если у вас есть два ядра, которые сталкиваются друг с другом, если это не лобовое столкновение, у вас будут разные ориентации ядер с линией, соединяющей их центры, горизонтально или вертикально. Это называется плоскостью событий», — говорит Кноспе. «Помимо отображения плоскости события, детектор поможет нам количественно определить, насколько сильным было столкновение. Просто измерив количество частиц, мы можем оценить, было ли это лобовое столкновение или очень поверхностное периферийное столкновение». Создание детектора было трудоемким процессом. Ряд студентов, некоторые при поддержке премии Национального научного фонда «Исследовательский опыт для студентов», работали с Ридом и Кноспе над созданием его частей, включая сцинтилляционные панели. Панели загораются при ударе заряженной частицей, что позволяет измерить положение частицы.
|
|
|
|
Детектор, разработанный как «дополнение» к sPHENIX, «выглядит как два диска и, по сути, будет располагаться по обе стороны от sPhenix, прямо внутри магнита», — говорит она. «Диски будут измерять места столкновения двух заряженных частиц или ионов и помогут ответить на множество вопросов и определить важные измерения». Рид, чья работа сосредоточена на изучении струй частиц или распыляемых частиц, вылетающих в результате высокоэнергетических столкновений, говорит, что среди основных научных вопросов, на которые сбор и анализ данных могли бы помочь ответить, входят следующие: почему материи больше, чем материи? антиматерия во Вселенной? Почему Большой взрыв создал холодные и горячие точки, которые в некоторых случаях сливаются в галактики и другие объекты? Ее работа отмечена премией Национального научного фонда CAREER Award. Кноспе сосредоточен на использовании тяжелых субатомных частиц, называемых кваркониями, для исследования кварк-глюонной плазмы и детальной характеристики ее свойств. Его работа отмечена премией Министерства энергетики США CAREER Award. В конечном счете, работа Рида и Кноспе на коллайдере позволит лучше понять сильное взаимодействие или, как выразился Кноспе, «как этот большой бульон из всех этих субатомных частиц собрался вместе, чтобы стать этим новым состоянием материи или, на самом деле, самой старейший».
|
|
|
|
Источник
|
