Путешествие на коллайдер RHIC — гигантскую «машину времени» в Нью-Йорке

Мгновение позже Большого Взрыва единственной существовавшей во Вселенной вещью была кварк-глюонная плазма, полная субатомных частиц.

Чтобы изучить эту плазму людям не надо путешествовать на миллиарды лет назад. Достаточно просто посетить один из гигантских коллайдеров, к примеру RHIC, находящийся в Нью-Йорке. Эту «машину времени», позволяющую перенестись во времена Большого Взрыва, построили в 2000 году в Брукхейвенской национальной лаборатории за 616 млн. долларов.

Сейчас RHIC уступил статус наиболее мощного коллайдера тяжёлых ионов в мире Большому адронному коллайдеру, однако по многим параметрам он по-прежнему уникален.

RHIC является частью Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL), находящейся посреди сосновых зарослей в центре Лонг-Айленда.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Это единственный подобный ускоритель частиц в США. Его очень хорошо видно из космоса.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

По сути, RHIC — это подземное кольцо, где сталкиваются два пучка частиц (на рисунке изображены синим и желтым цветом), движущиеся в противоположных направлениях.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Пучки частиц состоят из ядер атомов золота.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Они мчатся вокруг туннеля со скоростью 99,99% от скорости света, создавая вредные излучения. Поэтому Брукхейвенская лаборатория обычно держит объект под замком.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Каждое лето коллайдер закрывается на обслуживание. По этой бежевой трубе частицы проносятся вокруг RHIC.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

На самом деле пучок частиц двигается по небольшой трубе в центре.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Без внешнего воздействия частицы будут двигаться прямо. Эти сверхпроводящие магниты направляют их по гигантской окружности.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Магниты погружены в жидкий гелий, охлаждающий их до минус 233 градусов по Цельсию — почти как в космосе.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

При этой температуре наблюдается явление сверхпроводимости электрического тока, благодаря чему сила магнитного поля достаточно велика, чтобы управлять высокоскоростными частицами.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Эта «гармошка» защищает оборудование RHIC при попеременном отключении (нагреве и расширении) и включении (охлаждении и сжатии) магнитов.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Как правило, атомы золота проносятся вокруг трубы около 80 тысяч раз в секунду. Они путешествуют пучками длиной около метра и шириной в несколько прядей волос.

via GIPHY

Одни пучки двигаются по трубе с синей линией и вращаются по часовой стрелке, другие — по трубе с желтой линией (позади) и вращаются против часовой стрелки.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Физики сталкивают золото-ионные пучки внутри двух огромных детекторов. Один из них под названием STAR весит около 1200 тонн.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Другой детектор, PHENIX, весит ещё больше — около 4000 тонн.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Оба детектора занимают несколько этажей. Физик Билл Кристи позирует в центре детектора STAR.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

При столкновении в детекторах пучков ионов золота получается кварк-глюонная плазма.

via GIPHY

Она состоит из кварков, антикварков и глюонов.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Такая же плазма существовала сразу же после Большого Взрыва. Внутри RHIC она существует крошечную долю секунды — 0,0000000000000000000001 секунды, если быть точней.

via GIPHY

Ранняя Вселенная была полна этой странной субстанции — почти идеальной жидкости, в которой все двигалось вместе как единое целое и почти без трения. Она быстро охлаждалась в первые атомы, из которых формировались первые звезды и галактики.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Внутри RHIC плазма немедленно превращается в частицы, которые фиксируют детекторы. Каждая линия представляет собой частицу, которая пролетела через детектор.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Так как плазма существует внутри RHIC очень короткий период времени, её довольно трудно исследовать.

via GIPHY

Это вроде реконструкции взрыва с частичками бомбы.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Целью является выяснить, как, собственно, во Вселенной из Большого Взрыва возникла вся материя.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Это требует изучения миллиардов столкновений частиц. Из окна в главной диспетчерской детектора STAR можно увидеть, где хранятся данные экспериментов — компьютеры в стойках от пола до потолка.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Детектор PHENIX также накапливает много данных.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Оба детектора передают данные столкновений в гигантский вычислительный комплекс в Брукхейвене. Если физики хотят изучить конкретное столкновение, этот робот поможет разобраться и найти необходимые данные.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

В то же время, хотя RHIC помогает исследовать происхождение Вселенной, его будущее остается довольно неопределенным.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Финансирование RHIC находится под угрозой.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Несмотря на это, RHIC весьма продуктивен, каждый год на нём работает более 1000 исследователей.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

Эти ученые могут узнать значительно больше о ранней Вселенной с помощью RHIC. Он также помогает разрешить «кризис спина протона» — тайну, окружающую фундаментальное свойство частиц, называемое спином.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке

RHIC является единственным в США активным коллайдером частиц, воссоздающим кварк-глюонную плазму.

Путешествие на коллайдер RHIC - гигантскую машину времени, спрятанную в Нью-Йорке