Le détecteur de particules de Sphenix, la nouvelle expérience au collège relativiste des ions lourds (RHIC) au Laboratoire national de Brookhaven du Département américain de l'Énergie (DOE), a publié ses premiers résultats de physique: mesures de précision des ions or et énergétiques de milliers de particules diffusés à partir de collisions d'ions dorés à faible épreuve.
Comme décrit dans deux articles récemment acceptés pour publication dans Revue physique c et le Journal of High Energy Physicsces mesures jettent les bases de l'exploration détaillée par le détecteur du plasma Quark-Gluon (QGP), un état de matière unique qui existait des microsecondes après le Big Bang il y a environ 14 milliards d'années. Les deux études sont disponibles sur le arxiv serveur de préimprimée.
Les nouvelles mesures révèlent que plus les smashups nucléaires sont francs, plus ils produisent de particules chargées et plus d'énergie totale ces pulvérisations de feux d'artifice portent. Cela correspond bien aux résultats d'autres détecteurs qui ont suivi les collisions de génération de QGP chez RHIC depuis 2000, confirmant que le nouveau détecteur fonctionne comme promis.
« En tant que nouvelle expérience très sophistiquée qui a traversé une décennie de planification, de construction et de mise en service, les premières questions que nous devons poser sont: le détecteur fonctionne-t-il correctement, notre étalonnage est-il précis et est-il fiable de nos pipelines de traitement des données? » a déclaré Jin Huang, physicien au Brookhaven Lab et co-porte-parole de la collaboration Sphenix. « La meilleure façon de le faire est de passer par des mesures des propriétés de collision fondamentales et de confirmer que le détecteur les mesure correctement. »
Mais au-delà de ces mesures fondamentales, Sphenix repousse les limites de manière qui permettra un nouveau niveau de précision, la détection des signaux plus rares et une exploration à haute résolution du QGP.
« Ce seuil initial de démontrant expérimentalement que nous obtenons le nombre de particules chargées et que le bon d'énergie nous permettra de regarder plus profondément les objectifs de la physique, plus profondément dans les caractéristiques du QGP, et de réaliser vraiment les capacités physiques de cet détecteur », a déclaré Megan Connecs, un physicien de Georgia State University et l'autre porte-parcours de Sphenix.
Capacités innovantes du sphenix
Parmi les caractéristiques de pointe du nouveau détecteur figurent des systèmes de suivi de précision pour reconstruire les trajectoires de particules, même pour les particules rares et importantes qui forment et décomposent quelques-larges des cheveux humains du centre de la collision. Il possède également une suite complète de calorimètres, dispositifs pour mesurer l'énergie des particules en streaming à partir de collisions.
Un calorimètre électromagnétique mesure l'énergie des électrons et des photons, ou des particules de lumière, tandis que le calorimètre hadronique – le premier entourant la partie centrale de la zone de collision au RHIC – mesure l'énergie des hadrons, des particules composites faites de quarks, alors qu'ils diffusent à tous les angles.
« Les détecteurs de suivi fonctionnent comme une caméra 3D géante. Ils nous aident à voir clairement les chemins des particules chargées lorsque les lourds faisceaux d'ions entrent en collision, même lorsque des milliers de particules sont produites dans l'une des collisions frontalières les plus centrales », a déclaré Huang. « Et lorsque les particules s'envolent, elles transportent également l'énergie de la collision avec eux. C'est pour cela que le calorimètre est construit – pour déterminer à quel point ils sont énergiques. »
La combinaison des composants et la précision de leurs mesures permet aux scientifiques d'analyser les données de manière quantitative détaillée. Par exemple, « nous pouvons mesurer avec précision combien plus d'énergie est produite à mesure que la collision passe de plus périphérique, où les ions se frappent à des angles de regard à des angles plus centraux ou de front », a déclaré Connors. Les données montrent que plus de collisions centrales se libèrent environ 10 fois plus d'énergie. De même, le nombre de particules chargées produites dans les collisions les plus centrales est 10 fois celle produite en périphérique.
La précision permettra également aux scientifiques de démêler des signaux rares, comme la formation de quarks lourds très près du point de collision. Ils pourront également reconstruire entièrement les jets, des pulvérisations collimates de particules qui émergent de quarks ou de gluons énergétiques, en tenant compte de toute l'énergie transportée par les particules de ces jets.
« Il est très excitant de montrer que nous sommes en mesure de mesurer les énergies sur une grande gamme dynamique ainsi que de montrer que nous avons un bon contrôle de la géométrie de la collision », a déclaré Dennis Perepepelitsa, physicien à l'Université du Colorado Boulder qui est coordinateur physique et porte-parole adjoint de la collaboration.
Perepepelitsa a noté que les études futures utiliseront des jets « comme un microscope pour regarder la sous-structure du QGP ». Par exemple, les comparaisons de la façon dont les jets générés par les quarks lourds et légers interagissent avec le plasma peuvent révéler que ce n'est pas une soupe lisse et lisse de quarks et de gluons lisses, mais a plutôt des touffes – « comme une soupe épineuse au lieu d'une purée lisse », a-t-il déclaré. Cela peut aider les scientifiques à déterminer comment les particules dans les jets interagissent avec le plasma et perdent parfois de l'énergie, ou sont «éteintes», ce qui révèlera à son tour comment le QGP obtient ses propriétés remarquables.
« Ces premières mesures représentent le travail de plus de 300 scientifiques de Sphenix – y compris les étudiants et les post-doctorants du pays et du monde – qui ont construit et dirigé le détecteur, surveillé ses performances lors de changements expérimentaux, et ont fait le travail approfondi pour calibrer le détecteur et analyser les données », a déclaré Connors. « Ils établissent la base de notre étude expérimentale du QGP et marquent la transition jusqu'au début d'un chapitre très excitant pour l'expérience de Sphenix. »
